基于FPGA的CRC32校验查找表算法的设计
2016-09-06时亚丽中国电子科技集团公司第三十八研究所合肥230088
时亚丽（中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥 230088）
基于FPGA的CRC32校验查找表算法的设计
时亚丽
（中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230088）
循环冗余码校验CRC广泛应用于数字通信和数据存储的数据检错。CRC校验分为串行方式校验、并行方式校验。串行方式校验采用串行移位寄存器，每1个clk计算1bit，处理速度慢。并行方式采用查找表算法，处理速度快。本文介绍了CRC32校验算法的FPGA实现方法，并通过Modelsim仿真，验证了算法的可行性和正确性。
循环冗余校验码；CRC32；FPGA
0 引言
循环冗余校验码CRC是一种实现简单、校验能力强、在串行通信领域广泛采用的校验编码［1］。CRC校验的基本思想是利用线性编码理论，在发送端，对要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码（即CRC码）r位，附在信息后边，构成了一个新的二进制码序列数共（k+r）位，然后发送出去［2］。在接收端，则根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行校验，以确定传送中是否出错。
1 CRC32生成查找表和CRC32数据校验
CRC32校验查找表算法采用正规查询表查询，该查询表是将“直接查询表”的索引值和表值直接镜像，正规查找表多项式POLY是0x04C11DB7。生成查找表的流程是首先对索引值0到0xFF数值镜像。以索引值1为例，镜像值为0x80，已对该8bit镜像值0x80左移24位变成32位CRC32值。对该值一次左移1位，移出的值若为1，则对移后的CRC32值与POLY进行异或操作得到新的CRC32值，否则不做运算。进行8次左移运算，最后的CRC32值在做镜像后的值即为索引值1的CRC32查找表值，按照该算法进行256次操作，可得到256 个CRC32查找表值。
得到查找表后，则对数据进行CRC校验，其校验步骤是将待校验数据与32位寄存器的低8位做XOR运算得到一个指向查询表的索引值，将所将索引所指的表值与寄存器的高24位做XOR运算，得到的值更新到32位寄存器中，同时该值也为校验过的值，如数据没有全部处理完，则跳到开始进行运算。
2 FPGA硬件实现
FPGA实现CRC32校验时，一种方法是校验之前将CRC32生成的查找表值直接存入ROM中，按照索引值去取表内值。第二种方法是在校验前根据算法生成CRC32的查找表值，依次存入RAM中，生成查找表之后再按照索引值去取表内值。本文是按照第二种方式进行校验。这种方式的优点是灵活、易于操作。FPGA实现的流程图如图1所示，待校验数据Din与CRC32低8位异或的值产生查找表的索引值，由于查找表是RAM存储器，为了数据输出稳定，输出寄存一拍，从RAM出来的值会有两拍延迟。Din数据寄存一拍，CRC32数据输出寄存一拍，共有4拍数据延迟，所以CRC32会比串行校验提高8倍时钟周期。
图1 FPGA实现CRC32校验的流程图
生成查找表值代码段如下，其中tab_cnt_next一个周期的高电平将tab_cnt_refl ect镜像值更新到crc32_table，ulPolynomial是校验多项式值32'h04C11DB7，循环256次，并将256个crc32_table值镜像之后存入RAM中。
if（tab_cnt_next==1'b1）
crc32_table <=｛tab_cnt_refl ect，24'h0｝；
else if（crc32_table［31］==1'b1）
crc32_table <=｛crc32_table［30：0］，1'b0｝^ulPolynomial；
else crc32_table <=｛crc32_table［30：0］，1'b0｝；
对Din数据进行校验的主要代码如下，dat_valid是一个周期的高电平，crc_value初始值为0，tab_index是RAM的读地址，两拍后从RAM读的值rd_ram_data和crc_value高24位异或更新到新的crc_ value值。
if（dat_valid==1'b1）
tab_index <=crc_value［7：0］^din；
else if（dat_valid_2d==1'b1）
crc_value <=rd_ram_data ^crc_value［31：8］；
3 CRC32的仿真验证
CRC32生成查找表要循环256次完成查找表所有值的遍历，其用Modelsim仿真如图2所示，crc32_table的镜像值crc32_table_ refl ect即为查找表的值，图2中显示的32’h0、32’h 77073096、32’hEE0E612C、32’h 990951BA即为CRC32正规查询表值0到3的值。选取待校验值0xAA，0x44，0x13其CRC32校验值crc_value如图3所示，最后一个值0xc4441369即为校验值，经验证正确。
图2 CRC32生成查找表的Modelsim仿真图
图3 CRC32校验的Modelsim仿真图
4 结束语
本文介绍了CRC32校验算法的FPGA实现方法，详细介绍了CRC32查找表的生成、CRC32的数据校验，并列出了FPGA实现的verilog代码和仿真时序图。经过验证可以证明此方法的可行性，并提高了CRC32校验的速率。
［1］叶懋，刘宇红，刘桥.CRC码的FPGA实现［J］.重庆工学院学报（自然科学版），2007（03）.
［2］莫元劲，黄水永.并行CRC在FPGA上的实现［J］.电子设计工程，2011（15）.
10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.188
时亚丽（1988-），女，安徽合肥人，硕士，助理工程师。
