CRC碼生成與效驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)

1、沈陽航空工業(yè)學(xué)院課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 報(bào)報(bào) 告告課程設(shè)計(jì)名稱：計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：CRC 碼生成與效驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)碼生成與效驗(yàn)電路的設(shè)計(jì) 院（系）：計(jì)算機(jī)學(xué)院專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級：4401102學(xué) 號：200403011055姓 名：劉 鵬指導(dǎo)教師：李 平完成日期：2006年12月31日沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 -I-目目 錄錄第第 1 章章 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案.11.1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理.11.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路.21.3 設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境.2第第 2 章章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案詳細(xì)設(shè)計(jì)方案.32.1 頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)頂層方案圖的設(shè)計(jì)

2、與實(shí)現(xiàn).32.1.1 創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件.32.1.2 器件的選擇與引腳鎖定器件的選擇與引腳鎖定.42.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).52.2.1 模模 2 除模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)除模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).52.2.2 CRC 效驗(yàn)碼模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)效驗(yàn)碼模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .62.3 仿真調(diào)試仿真調(diào)試.7第第 3 章章 編程下載與硬件測試編程下載與硬件測試.93.1 編程下載編程下載.93.2 硬件測試及結(jié)果分析硬件測試及結(jié)果分析.9參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).11附附 錄（程序清單或電路原理圖）錄（程序清單或電路原理圖）.12沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 1 章 總體設(shè)

3、計(jì)方案-1-第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理二進(jìn)制信息位流沿一條線逐位在部件之間或計(jì)算機(jī)之間傳送稱為串行傳送。CRC 碼一般是指 k 位信息碼之后拼接 r 位校驗(yàn)碼。應(yīng)用 CRC 碼的關(guān)鍵是如何從 k 位信息位簡便地得到 r 位效驗(yàn)位，以及如何從 k+r 位信息碼判斷是否出錯(cuò)。CRC 碼生成：碼生成： 多項(xiàng)式 M(x)x3除以生成多項(xiàng)式 G(x)所得的 r 位余數(shù)為效驗(yàn)位（為了得到R 位余數(shù)，G(x)必須是 r+1 位） 。然后將余數(shù)拼接在信息組左移 r 位空出的 r 位上，就構(gòu)成了這個(gè)有效信息的 CRC 碼。 （因?yàn)?k=4,所以 k-1=3 位）CRC 碼效驗(yàn)碼效驗(yàn)：將收到

4、的循環(huán)效驗(yàn)碼用約定的生成多項(xiàng)式 G(x)去除，如果碼字無誤則余數(shù)應(yīng)為 0，如果某一位出錯(cuò)，則余數(shù)不為 0，不同位數(shù)出錯(cuò)余數(shù)不同。更換不同的待測碼字可以證明：余數(shù)與出錯(cuò)位的對應(yīng)關(guān)系是不變的，只與碼制和生成多項(xiàng)式有關(guān)，對于其他碼制或選用其他生成多項(xiàng)式，出錯(cuò)模式將發(fā)生變化。 如果循環(huán)碼有一位出錯(cuò)，用 G(x)作模 2 除將得到一個(gè)不為 0 的余數(shù)?？赏ㄟ^異或門將它糾正后在下一次移位時(shí)送回 A7 繼續(xù)移滿一個(gè)循環(huán)，就得到一個(gè)糾正后的碼字。M(x)=1100 G(x)=1011A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 余數(shù)出錯(cuò)位正確1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 無錯(cuò)誤1 1 0 0 0 1 1

5、 0 0 1 7錯(cuò)誤1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 6錯(cuò)誤1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 5錯(cuò)誤1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 4錯(cuò)誤1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 3錯(cuò)誤1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 2沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案-2-錯(cuò)誤0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1表表 1.1 CRC 碼出錯(cuò)模式碼出錯(cuò)模式1.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路本電路的 CRC 碼的產(chǎn)生與校驗(yàn)由一個(gè)模 2 除法器電路，異或門，3-8 譯碼器等器件實(shí)現(xiàn) CRC 的生成與校驗(yàn)。移位后的信息碼與生成多項(xiàng)式經(jīng)過模 2 除法器生成 7 位 CRC 碼

6、。校驗(yàn)電路是移位后的信息碼與生成多項(xiàng)式相除，得到的結(jié)果通過 3-8 譯碼器與異或門進(jìn)行校驗(yàn)，最后與原數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，最后輸出正確的 CRC 校驗(yàn)碼。1.3 設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)環(huán)境硬件環(huán)境：偉福 COP2000 型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀、XCV200 實(shí)驗(yàn)板、微機(jī)； EDA 環(huán)境：Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)軟件。沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-3-第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1 頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)CRC 碼頂層方案圖采用原理圖設(shè)計(jì)輸入方式，電路實(shí)現(xiàn)基于 XCV200 可編程邏輯芯片。在完成原理圖的功能設(shè)計(jì)后，把輸入/輸出信號安排到

7、XCV200 指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定。2.1.1 創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件頂層圖形文件主要由一個(gè)求余數(shù)模 2 除法器-U18 和 3-8 譯碼器、異或門、模2 除法器封裝在一個(gè)芯片中的-U21 組成的一個(gè)完整的設(shè)計(jì)實(shí)體?？衫?Xilinx foundation f3.1 模塊實(shí)現(xiàn)頂層圖形文件的設(shè)計(jì)，頂層圖形文件結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。圖圖 2.1 CRC 碼頂層圖形文件結(jié)構(gòu)碼頂層圖形文件結(jié)構(gòu)沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-4-2.1.2 器件的選擇與引腳鎖定器件的選擇與引腳鎖定（1）器件的選擇）器件的選擇由于硬件設(shè)計(jì)環(huán)境是基于偉福 COP2

8、000 型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀和 XCV200實(shí)驗(yàn)板，故采用的目標(biāo)芯片為 Xlinx XCV200 軟件所包含的邏輯芯片。（2）引腳鎖定）引腳鎖定把頂層圖形文件中的輸入/輸出信號安排到 Xlinx XCV200 芯片指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定，各信號及 Xlinx XCV200 芯片引腳對應(yīng)關(guān)系如表 2.1 所示。沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-5-表表 2.1 信號和芯片引腳對應(yīng)關(guān)系信號和芯片引腳對應(yīng)關(guān)系2.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電路由兩個(gè)模 2 除法器，七個(gè)異或門，3-8 譯碼器三個(gè)模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn) CRC 碼的生成與校驗(yàn)。圖形文件中的輸

9、入圖形文件中的輸入/輸出信號輸出信號XCV200 芯片引腳芯片引腳CLOCK213G1100G2101G3102G4103Z0152Z1178Z2184Z3185Z4203Z5111Z6110A199A2107A3108A4109T1124T293T399T4107T5108T6124T7125VCC95沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-6-2.2.1 模模 2 除法器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)除法器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模 2 除由四個(gè)異或門和四個(gè) T 觸發(fā)器構(gòu)成，C,G1,G2,G3,G4 為輸入，Z0，Z1，Z2 為輸出，其設(shè)計(jì)過程如下。（1）創(chuàng)建模塊電路圖）創(chuàng)建模塊電路圖（2）功

10、能仿真）功能仿真對創(chuàng)建的的模 2 除法器進(jìn)行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 對模塊實(shí)現(xiàn)。2.2.2 CRC 碼校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)碼校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本電路由一個(gè)模 2 除法器電路,3-8 譯碼器，七個(gè)異或門組成。沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-7-（1）創(chuàng)建模塊電路圖）創(chuàng)建模塊電路圖（2）功能仿真）功能仿真對創(chuàng)建的的總線輸出進(jìn)行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 對模塊實(shí)現(xiàn)。沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-8-2.3 仿真調(diào)試仿真調(diào)試仿真調(diào)試主要驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路邏輯功能、時(shí)序的正確性，本設(shè)

11、計(jì)中主要采用功能仿真方法對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。（1）建立仿真波形文件及仿真信號選擇）建立仿真波形文件及仿真信號選擇功能仿真時(shí)，首先建立仿真波形文件，選擇仿真信號，對選定的輸入信號設(shè)置參數(shù)，選定的仿真信號和設(shè)置的參數(shù)如表 2.2 所示。輸入輸入信號信號輸入信輸入信號號輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號輸出信號輸出信號CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1表表 2.2 仿真信號選擇和參數(shù)設(shè)置仿真信號選擇和參數(shù)設(shè)置（2）功能仿真結(jié)果與分析）功能仿真結(jié)果與分析功能仿真波形結(jié)果如圖 2

12、.2 所示，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2.3 所示。對表 2.3 與表1.1 的內(nèi)容進(jìn)行對比，可以看出功能仿真結(jié)果是正確的，進(jìn)而說明電路設(shè)計(jì)的正確性。沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-9-圖圖 2.2 功能仿真波形結(jié)果功能仿真波形結(jié)果輸入輸入信號信號輸入信輸入信號號輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號輸出信號輸出信號CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1表表 2.3 仿真數(shù)據(jù)結(jié)果仿真數(shù)據(jù)結(jié)果沈陽航空工業(yè)學(xué)院課

13、程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 章 編程下載與硬件測試-10-第 3 章 編程下載與硬件測試3.1 編程下載編程下載利用 Xilinx ISE 的編程下載功能，將得到的*.bit 文件下載到 XCV200 實(shí)驗(yàn)板的 XCV200 可編程邏輯芯片中。3.2 硬件測試及結(jié)果分析硬件測試及結(jié)果分析利用 XCV200 實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行硬件功能測試。 其對應(yīng)關(guān)系如表 3.1 所示。表表 3.1 XCV200 實(shí)驗(yàn)板信號對應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)板信號對應(yīng)關(guān)系利用表 2.2 中的輸入?yún)?shù)作為輸入數(shù)據(jù)，逐個(gè)測試輸出結(jié)果，即用 XCV200實(shí)驗(yàn)板的開關(guān) K1、K2、K3 輸入數(shù)據(jù)，觀察 LED1 和 LED2 的輸出，得到如下表 XCV20

14、0 芯片引腳信號芯片引腳信號XCV200 實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板XCV200 實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)板AK0:5A0CLKCLOCKA2G0K0:1A3G1K0:2A4G2K0:3A5G3K0:4A6沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 章 編程下載與硬件測試-11-硬件測試后結(jié)果如圖 3.1 示 ： 輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號K0:8A0A1A2A3A4A5A6111000000011000011011000001011000001011000001011沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 章 編程下載與硬件測試-12-沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 參考文獻(xiàn)-13-參考文獻(xiàn)1 曹昕燕. EDA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)與

15、課程設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，20062 范延濱.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理、接口與 EDA 設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，20063 王愛英.計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)(第 4 版)M.北京：清華大學(xué)出版社，20064 王愛英.計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) (第 2 版)M.北京：清華大學(xué)出版社，20005 江國強(qiáng)，EDA 技術(shù)與應(yīng)用M北京：電子工業(yè)出版社，20046 侯伯亨 顧新，VHDL 硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)M西安，西安電科技大學(xué)出版社，19997 莊鎮(zhèn)泉 胡慶生，電子設(shè)計(jì)自動化M北京，科學(xué)出版社，2000 沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 附 錄-14-附 錄（電路原理圖）沈陽航空工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告-15-課程設(shè)計(jì)總結(jié)：課程設(shè)計(jì)總結(jié)：主要從以下幾方面總結(jié)：1設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題及采用的解決方法；2設(shè)計(jì)達(dá)到的目的；3感受。這次課設(shè)我的收獲很多，在一開始的幾天中一直沒什么頭緒，不知道該從哪處下手去做。光是憑借著自己想所以浪費(fèi)了很多時(shí)間還沒什么進(jìn)展。后來自己查了幾本書，知道了大概的步驟和電路圖。但