基于CAN總線的CRC校驗碼的原理與實現(xiàn)

王鵬

（赤峰學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

基于CAN總線的CRC校驗碼的原理與實現(xiàn)

王鵬

（赤峰學(xué)院 計算機與信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

CAN總線又稱為控制器局域網(wǎng)技術(shù)，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線，應(yīng)用范圍很廣.CAN系統(tǒng)中通常采用反饋重發(fā)機制對通信過程進行差錯控制.當(dāng)接收端反饋給發(fā)送端出錯信息后，發(fā)送端便自動重發(fā)，經(jīng)此過程，只需要檢錯就可以了.循環(huán)冗余校驗碼實現(xiàn)簡單，誤判率比較低，還具有糾錯功能，在通信系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛.

控制器局域網(wǎng)；差錯校驗；CRC循環(huán)校驗

CAN(Controller Area Network)全稱控制器局域網(wǎng)，是工業(yè)現(xiàn)場總線的一種，是應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場總線之一.與其它通信網(wǎng)的不同之處在于：第一，報文傳送中不包含目的地址，而是以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各接收站根據(jù)報文中的標(biāo)識符過濾報文，以決定接收還是丟棄，其優(yōu)點在于可在線上網(wǎng)下網(wǎng)、即插即用和多站接收；第二，強化了對數(shù)據(jù)安全性的要求，滿足控制系統(tǒng)及其它較高數(shù)據(jù)安全要求的系統(tǒng)需求.

CAN系統(tǒng)中通常采用反饋重發(fā)機制對通信過程進行差錯控制，以保證報文能正確的傳輸.當(dāng)接收端反饋給發(fā)送端出錯信息后，發(fā)送端便自動重發(fā)，在此過程中，只需要檢錯就可以了.一般的檢錯碼有兩類：奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼.奇偶校驗碼只具有檢錯能力，實現(xiàn)方法簡單，不能糾錯；循環(huán)冗余校驗碼也很簡單，而且誤判率比較低，還具有糾錯功能，在通信系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛.

下面，通過實例，來說明CAN網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)冗余校驗碼的工作原理和實現(xiàn)方法.

1 CRC檢錯碼的工作原理

一般情況，一個由二進制數(shù)位串組成的發(fā)送序列，可以用一個只含有0和1系數(shù)的多項表達式的系數(shù)表示出來，例如：代碼1001011對應(yīng)的多項式為X6+X3+X+1，再如：代碼為1010111，則對應(yīng)的多項式X6+X4+X2+X+1.

CRC檢錯碼是采用多項式相除的運算方法實現(xiàn)的，如被處理報文的比特序列對應(yīng)的多項式為P (X)，收發(fā)雙方約定的多項式為G(X),用P(X)除以G (X)后，求得余數(shù)多項式R(X)，并將多項式R(X)附加到多項式P(X)的后邊，生成M(X)，這樣能保證M(X)除以G(X)的余數(shù)為0.此時，可以將M(X)作為發(fā)送序列發(fā)給接收方.接收方用收到的報文N(X)去除同樣的G(X)，如果余數(shù)等于0，則說明接收到的序列與發(fā)送的序列一致，接收到的數(shù)據(jù)沒有錯誤；否則，說明傳輸過程中出錯，由發(fā)送端重發(fā)，重新開始CRC校驗，直到接收到的數(shù)據(jù)沒有錯誤為止.

2 運算規(guī)則

(1)在進行CRC計算時，采用二進制模2運算規(guī)則，對兩個操作數(shù)進行邏輯異或運算；即2個數(shù)據(jù)相同，結(jié)果為0；2個數(shù)據(jù)不同，結(jié)果為1.

(2)在進行CRC計算前先將多項式P(X)乘以Xn，其中n為生成多項式G(X)的最高冪值.對多項式除法來講，P(X)*Xn就是將P(X)左移n位，用來存放余數(shù)R(X)，所以實際發(fā)送的報文就變?yōu)镻(X) *Xn＋R(X)；即M(X).

(3)在進行基于模2運算的多項式除法時，如果部分余數(shù)首位為1，則商上1，否則商上0.

再異或運算求得余數(shù)，余數(shù)最高位舍棄.按此方法，最終得到的余數(shù)比除數(shù)少一位.此余數(shù)即為R(X)；添加在信息位后便構(gòu)成CRC碼字的發(fā)送序列.用此發(fā)送序列多項式再除以G(X)的余數(shù)一定為0，以方便接收方的校驗.

下面通過一個實例來說明CRC的運行過程.

例如：假設(shè)待發(fā)送的信息位為1011001，則對應(yīng)的多項式P(X)=X6+X4+X3+1，若選取G(X)=X4+X3+1，其對應(yīng)代碼11001,則X4*P(X)=X10+X8+X7+X4，對應(yīng)的代碼為10110010000，首先由模2除法求余數(shù)多項式R(X)，過程如下所示:

得到余數(shù)1010，即R(X)=X3+X,對發(fā)送序列P (X)進行改造，生成M(X)：

M(X)=P(X)*X4＋R(X)=X10+X8+X7+X4+X3+X,即發(fā)送序列為10110011010.也就是說信道上發(fā)送的碼字為10110011010.若傳輸過程無錯，則接收方收到的代碼序列與發(fā)送方相同，所以接收端的校驗過程就是將接收到的碼字多項式除以G(X).若余數(shù)多項式為零則認為傳輸無差錯；若余數(shù)多項式不為零則傳輸有差錯.

如果發(fā)送序列為10110011010，在接收端收到的是10100011010，對接收端來說，如何發(fā)現(xiàn)錯誤，是通過驗證此時的余數(shù)多項式是否為0來的說明，運算如下：

上式運算結(jié)果得到一個0111的余數(shù)多項式，即余數(shù)不為0，說明接收到的信息有錯誤，要求發(fā)送端重發(fā)；當(dāng)然，一些特殊場合，可以進一步計算錯誤位是哪位，從而進行修正，這樣的編碼稱為糾錯碼.

CAN總線中要求生成多項式G（X）的首位和最后一位的系數(shù)必須為1，通常規(guī)定的G（x）有：

CAN總線中的CRC校驗采用的多項式比一般CRC校驗要高很多，其檢錯能力更強，誤判率極低，是提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的有效檢錯手段.

〔1〕楊春杰，王曙光.CAN總線技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

〔2〕張培仁.CAN總線設(shè)計及分布式控制[M].清華大學(xué)出版社，2012.

〔3〕饒運濤.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)（第2版）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

TP393.1

A

1673-260X（2014）02-0048-02

本論文的相關(guān)基礎(chǔ)性研究已申請專利，專利名稱“自動閥門傳感裝置”，專利號“201320025792·9”