在單片機(jī)驅(qū)動的電子系統(tǒng)中，從智能傳感器、家電控制模塊到工業(yè)可編程邏輯控制器（PLC）、汽車電子控制單元（ECU），數(shù)據(jù)傳輸與存儲的完整性直接決定系統(tǒng)可靠性——單字節(jié)數(shù)據(jù)錯誤可能引發(fā)傳感器信號誤判、執(zhí)行器動作異常甚至整個控制系統(tǒng)宕機(jī)。循環(huán)冗余校驗（CRC）作為一種高效的錯誤檢測技術(shù)，如同數(shù)據(jù)傳輸與存儲過程中的"安全校驗屏障"，持續(xù)保障MCU與外部設(shè)備交互數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文將系統(tǒng)闡述國科安芯推出的AS32系列MCU芯片中的CRC計算單元的基本功能、實現(xiàn)方式及其典型應(yīng)用場景。

一、CRC計算單元的基本****功能

CRC的核心是一種基于多項式運算的 錯誤檢測算法 ，其基本原理為：將待校驗數(shù)據(jù)序列視為二進(jìn)制多項式D(x)，選取一個預(yù)先定義的生成多項式G(x)（通常由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定），通過模2除法運算計算D(x)×x^k與G(x)的余數(shù)R(x)，該余數(shù)即為CRC校驗碼（k為生成多項式的最高次冪）。數(shù)據(jù)發(fā)送端將原始數(shù)據(jù)與CRC校驗碼一同傳輸，接收端采用相同的生成多項式對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，若運算結(jié)果與接收的CRC校驗碼一致，則判定數(shù)據(jù)傳輸無誤；若不一致，則表明數(shù)據(jù)存在干擾或篡改，需啟動重傳或錯誤處理機(jī)制。

AS32系列MCU芯片的CRC計算模塊是保障數(shù)據(jù)完整性的核心外設(shè)，其設(shè)計遵循主流MCU 的CRC 架構(gòu)，典型功能包括：

①支持CRC-7/CRC-8/CRC-16/CRC-32 多種標(biāo)準(zhǔn)校驗?zāi)Ｊ剑?/p>

②可編程生成多項式（如CRC-32 支持0x04C11DB7 標(biāo)準(zhǔn)多項式，CRC-16 支持 0x8005/0x3D65等）；

③支持輸入/ 輸出數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)（RefIn/RefOut）、異或值（XOROut）配置；

④輸入緩沖器可避免計算期間發(fā)生總線阻塞；

在MCU應(yīng)用場景中，常用的CRC校驗規(guī)格包括 CRC8（8位校驗碼）、CRC16（16位校驗碼）及CRC32（32位校驗碼） 。校驗碼位數(shù)與錯誤檢測能力正相關(guān)——位數(shù)越多，對隨機(jī)錯誤和突發(fā)錯誤的檢測率越高，但相應(yīng)的硬件資源占用開銷也隨之增加。

二、AS32系列MCU芯片****中CRC校驗的實現(xiàn)方式

1. 內(nèi)置的“校驗加速器”

這是一個獨立的數(shù)字邏輯電路，專門負(fù)責(zé)CRC運算，不需要CPU干預(yù)。開發(fā)者只需通過寄存器配置多項式、初始值等參數(shù)，再把數(shù)據(jù)地址傳給模塊，硬件就會自動計算并輸出結(jié)果。

優(yōu)點 ：速度極快（4 個 APB 時鐘周期完成32位CRC計算）、輸入緩沖器中可立即寫入第二個數(shù)據(jù)，無需因之前的CRC 計算而等待任何等待狀態(tài)；

缺點 ：依賴MCU硬件，參數(shù)配置需嚴(yán)格遵循芯片手冊。

適合場景：高速通信（CAN、USB、以太網(wǎng)）、大數(shù)據(jù)存儲（Flash、SD卡）、實時控制系統(tǒng)（工業(yè)電機(jī)、汽車電子）等對性能要求高的場景。

2.CRC****單元的使用方法

2.1 軟件配置

關(guān)鍵術(shù)語說明：

CRC_Size：指參與 CRC 計算的數(shù)據(jù)長度，單位通常為字節(jié)（需根據(jù)實際硬件配置確認(rèn)）；CRC_OXOR： 用于對最終 CRC 結(jié)果進(jìn)行異或操作；OReverse（Output Reverse）：輸出數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)（如將 32 位結(jié)果的 bit31 與 bit0 交換）；IReverse（Input Reverse）：輸入數(shù)據(jù)反轉(zhuǎn)（包括位反轉(zhuǎn)、半字反轉(zhuǎn)、全字反轉(zhuǎn)）；POLYSIZE：多項式寬度類型，常見值（CRC-7/CRC-8/CRC-16/CRC-32）；CRC_INIT：CRC 計算的初始值；CRC_Poly：CRC 多項式系數(shù)；CRC_XOR：異或值。

/* Initializes the CRC */
void CRC_Config(uint32_t SIZE,uint32_t OXOR_State,uint32_t OREVERSE_State,uint32_t IReverse_State,uint32_t PolySize, uint32_t INIT,uint32_t Poly,uint32_t XOR)**
{
CRC_Reset();
CRC_StructInit(&CRC_InitStructure);

CRC_InitStructure.CRC_Size = SIZE;
CRC_InitStructure.CRC_OXOR = OXOR_State;
CRC_InitStructure.CRC_OReverse = OREVERSE_State;
CRC_InitStructure.CRC_IReverse = IReverse_State;
CRC_InitStructure.CRC_PolySize = PolySize;
CRC_InitStructure.CRC_INIT = INIT;
CRC_InitStructure.CRC_Poly = Poly;
CRC_InitStructure.CRC_XOR = XOR;
CRC_Init(&CRC_InitStructure);

}

2.2功能調(diào)用

針對于不同數(shù)據(jù)寬度的數(shù)據(jù)塊，可選擇對應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行CRC計算。

/*

 * Function:        CRC_CalcCRC

 * Description:     Computes the 32-bit CRC of a given data word.

 * Param:           Data: data word to compute its CRC.

 * Return:          32-bit CRC.

 */

uint32_t CRC_CalcCRC(uint32_t Data)

{

    /* Write the data to the CRC Data register */

    CRC- >DR = Data;

 

    /* Return the CRC value */

    ****return**** CRC- >DR;

}

 

/*

 * Function:        CRC_CalcWordBlockCRC

 * Description:     Computes the 32-bit CRC of a given buffer of data word(32-bit).

 * Param:           pBuffer: pointer to the buffer containing the data to be computed.

 *                  BufferLength: length of the buffer to be computed.

 * Return:          32-bit CRC.

 */

uint32_t CRC_CalcWordBlockCRC(uint32_t *pBuffer, uint32_t BufferLength)

{

    uint32_t index = 0;

 

     ****for**** (index = 0; index < BufferLength; index++)

    {

        CRC- >DR = pBuffer[index];

    }

 

    ****return**** (CRC- >DR);

}

 

/*

 * Function:        CRC_CalcHalfBlockCRC

 * Description:     Computes the 16-bit CRC of a given buffer of data halfword(16-bit).

 * Param:           pBuffer: pointer to the buffer containing the data to be computed.

 *                  BufferLength: length of the buffer to be computed.

 * Return:          32-bit CRC.

 */

uint32_t CRC_CalcHalfBlockCRC(uint16_t *pBuffer, uint32_t BufferLength)

{

    uint32_t index = 0;

 

     ****for**** (index = 0; index < BufferLength; index++)

    {

        CRC- >DR = pBuffer[index];

    }

 

    ****return**** (CRC- >DR);

}

 

/*

 * Function:        CRC_CalcByteBlockCRC

 * Description:     Computes the 8-bit CRC of a given buffer of data byte(8-bit).

 * Param:           pBuffer: pointer to the buffer containing the data to be computed.

 *                  BufferLength: length of the buffer to be computed.

 * Return:          32-bit CRC.

 */

uint32_t CRC_CalcByteBlockCRC(uint8_t *pBuffer, uint32_t BufferLength)

{

    uint32_t index = 0;

 

     ****for**** (index = 0; index < BufferLength; index++)

    {

        CRC- >DR = pBuffer[index];

    }

 

    ****return**** (CRC- >DR);

}

三、MCU****中CRC的4個典型應(yīng)用場景

從日常家電到工業(yè)設(shè)備，CRC的身影無處不在：

? 傳感器數(shù)據(jù)校驗 ：溫濕度傳感器通過單總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，末尾會帶1字節(jié)CRC8校驗碼，用硬件CRC快速驗證，避免因電磁干擾導(dǎo)致“25℃”變成“85℃”的誤判問題；

? 工業(yè)通信協(xié)議 ：MODBUS-RTU協(xié)議規(guī)定，每個指令幀末尾必須附加2字節(jié)CRC16校驗碼，通過硬件CRC實時驗證，確保控制指令準(zhǔn)確傳遞到變頻器、伺服電機(jī)；

? Flash存儲校驗 ：用戶配置數(shù)據(jù)（如家電的亮度、音量參數(shù)）存在Flash時，會同時存儲數(shù)據(jù)的CRC值；讀取時用硬件CRC校驗，防止Flash擦寫次數(shù)過多導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯；

? 汽車電子控制 ：汽車行業(yè)在與氣囊、ABS系統(tǒng)通信時，需要用CRC32校驗關(guān)鍵數(shù)據(jù)，一旦檢測到錯誤立即觸發(fā)安全機(jī)制，避免事故風(fēng)險。
四、開發(fā)中用CRC的3個“避坑指南”

用好CRC的關(guān)鍵是“細(xì)節(jié)”，這3個問題一定要注意：

1. 參數(shù)必須“對齊” ：發(fā)送方和接收方的CRC參數(shù)（多項式、初始值、輸入/輸出反轉(zhuǎn)、最終異或值）必須完全一致。比如MODBUS-RTU用CRC16/IBM（多項式0x8005，初始值0xFFFF），若一方用錯多項式，校驗必失敗；
2. 字節(jié)序別搞反 ：多字節(jié)數(shù)據(jù)（如uint32_t）計算CRC前，要統(tǒng)一字節(jié)序。AS32系列MCU芯片是小端機(jī)，把0x12345678存到內(nèi)存是0x78 0x56 0x34 0x12，確保不同設(shè)備間結(jié)果一致；
3. 硬件配置看手冊 ：不同MCU的硬件CRC模塊寄存器略有差異——開發(fā)前一定要查芯片手冊，避免配置錯誤。

字節(jié)序檢測方法 ：多字節(jié)數(shù)據(jù)CRC計算前需明確MCU字節(jié)序，可通過C語言共用體（union）檢測——利用共用體成員共享內(nèi)存的特性，定義包含多字節(jié)整數(shù)（如uint32_t）和單字節(jié)數(shù)組（uint8_t[4]）的共用體，賦值多字節(jié)整數(shù)（如0x12345678）后讀取單字節(jié)數(shù)組首元素：若為0x78則為小端（低字節(jié)存低地址），若為0x12則為大端（高字節(jié)存低地址）。檢測代碼示例如下：

union
{
uint32_t value;
uint8_t bytes[4];
} endian_test;

endian_test.value = 0x12345678;
if (endian_test.bytes[0] == 0x78)
{
Printf("Little-Endian");
}
else if (endian_test.bytes[0] == 0x12)
{
Printf("Big-Endian");

}

在MCU系統(tǒng)中，CRC不像其他外設(shè)那樣“顯眼”，卻是保障數(shù)據(jù)可靠性的“基礎(chǔ)安全網(wǎng)”。硬件CRC則為高性能、高安全需求“保駕護(hù)航”。理解CRC的原理、選型和應(yīng)用細(xì)節(jié)，能讓你的MCU項目更穩(wěn)定、更可靠——畢竟，對電子設(shè)備來說，“數(shù)據(jù)沒錯”是一切功能的前提。

審核編輯 黃宇