如何使用数据包错误检查来保护您的温度读数

“数据包错误检查”（PEC）是一种在数据传输过程中广泛使用的错误检测机制。Maxim集成产品采用PEC模式，以提高数据传输的可靠性。本应用笔记讨论了PEC字节在具有1线和2线接口的温度传感器产品上的详细实现。

背景

通信无处不在，错误会导致通信效率下降。为了使沟通更准确，人们使用不同的方法来检测沟通错误。例如，在为网站登录创建新密码时，用户需要输入两次密码，以减少密码中出现拼写错误的机会。

当人们写银行路由号码等号码时，他们可能会犯错误。创建校验位是为了捕获这些转录错误。校验位是一种冗余校验，由算法从序列中的其他数字计算出的一个或多个数字组成。银行路由号码的最后一位数字是根据前八位数字计算的校验位，用于在交易过程中验证银行路由号码的真实性。

数据通信可能会出错，例如通道噪声、电气失真、随机位错误和串扰。循环冗余校验 （CRC） 是一种错误检测代码，用于检测数据传输中的意外错误。CRC用于多款具有1-Wire接口的Maxim温度传感器产品（即DS18B20、MAX31850）。部分产品带有 I®2C/SMBus兼容串行接口（即DS1862、MAX31875）以分组错误检查（PEC）的形式实现CRC，这是最初在SMBus中定义的机制。在数据传输系统中，可以在每个事务的末尾附加一个PEC字节作为错误检测代码。PEC 字节是根据多项式 C（X） = X 表示的 CRC-8 字节计算的8+ X2+ X1+ 1.PEC 机制提高了可靠性和通信鲁棒性，PEC 实现对于 SMBus 设备是可选的。

描述

每款1-Wire器件都有一个唯一的64位串行码存储在板载ROM中。当多个设备在同一总线上时，总线主站使用64位唯一ROM ID唯一标识总线上的每个从设备，这允许主站确定从设备的数量及其设备类型。当主设备想要与一个特定的从设备通信时，主机向总线上的设备发出命令，然后是目标设备的64位ROM代码序列，以寻址该特定的从设备。只有与64位ROM码序列完全匹配的从机才会响应主站发出的功能命令。

在1-Wire接口产品中，CRC字节作为64位ROM码的一部分（图1）和暂存器存储器的第9个字节（图2）提供。64位ROM码中的CRC字节是从ROM码的前56位计算得出的，其中包括序列号和家族代码。

暂存器内存中的 CRC 字节从暂存器的字节 0 到 7 计算得出，并在暂存器中的数据更改时更改。暂存器中的 CRC 字节是只读的。例如，为了从1-Wire温度传感器读取温度值，主机发出读取暂存器命令以读取暂存器，包括CRC字节。然后，主站从暂存器重新计算前八个数据字节的CRC字节，并将计算出的CRC字节与读取的CRC字节进行比较。如果它们匹配，则接收到的数据没有错误。

图1.64位1线ROM码。

图2.DS18B20暂存存储器。

对于我2支持PEC、CRC字节的C/SMBus组件可用于写入和读取。例如，MAX31875，一个微小的微功耗本地温度传感器，具有I2C/SMBus接口，支持可选PEC模式。

在写事务中，主机写入MAX31875的地址，等待MAX31875的ACK位，然后主机发送目标寄存器，然后发送MAX31875的另一个ACK位。主机写入两个数据字节，并从MAX31875接收每个数据字节的ACK位。PEC模式开启时，主机再发送一个CRC字节，并从MAX31875接收最后一个ACK位，停止交易。该CRC字节是使用从地址、寄存器地址和传输的数据计算的。

对于读事务，主机发送MAX31875的地址和目标寄存器地址，并从从机接收每次发送的ACK位。主机产生重复启动（Sr）字节，写入MAX31875地址和读位。MAX31875确认地址/读字节并发送两个数据字节。PEC模式开启时，数据传输后MAX31875附加一个PEC字节。CRC字节是使用具有写入位的从地址，寄存器地址，具有读取位的从地址以及传输的数据计算的。

图3.2字节写入MAX31875，PEC码。

图4.SMBus 2 字节与 PEC 字节一起读取。

示例1：使用CRC进行1线读取

DS18B20是Maxim采用1-Wire接口的数字温度计之一。CRC字节作为DS18B20的64位ROM码的一部分和暂存器存储器的第9个字节提供。 DS18B20的ROM CRC字节采用48位序列号和8位家族码（28h）计算。表 1 中的示例使用序列号 04 16 74 8A 15 FF。

 

格式	CRC-8 （MSB）	序号						家庭代码
十六进制	72	04	16	74	8安	15	FF	28
二元的	0111 0010	0000 0100	0001 0110	0111 0100	1000 1010	0001 0101	1111 1111	0010 1000

 

为了计算CRC-8字节，主站使用多项式生成器，如图5所示。CRC发生器由移位寄存器和XOR门组成，所有移位寄存器位初始化为0。从ROM代码的最低有效位开始，一次将一位移入移位寄存器。从ROM移入第56位后，多项式发生器包含一个8位CRC值。

图5.用于 CRC 的 CRC 发生器 = X8+ X5+ X4+ 1.

有关示例 CRC 字节计算的更多详细信息 ›

在此示例中，主站根据接收到的 8 位 ROM 代码计算 CRC-56 字节，从而产生值0x72。主机将计算出的CRC值（0x72）与存储在DS18B20的ROM （0x72）中的CRC字节进行比较，后者与计算值相同，并确认主站读数正确。

DS18B20的暂存存储器CRC字节使用暂存器中的字节0至字节7计算。有关暂存器内存内容的示例，请参阅表 2。

 

字节 8 CRC 字节	字节 7	字节 6	字节 5	字节 4	字节 3	字节 2	字节 1 温度 MSB	字节 0 温度 LSB
0 瓦	1 0	0 摄氏度	F F	7 %	1 8	1 字节	0 5	5 0
0000 0101	0001 0000	0000 1100	1111 1111	0111 1111	0001 1000	0001 1011	0000 0101	0101 0000

 

从暂存器中字节 0 的最低有效位 （LSB） 开始，一次一个位移入 CRC 发生器的移位寄存器。从暂存器移入第 0 位后，主机将05x8计算为 64 位 CRC 值。

主机将计算值 （0x05） 与暂存器 CRC 字节 （0x05） 进行比较。如果匹配，则大师确认暂存器中的读数正确。

示例 2：I2使用 PEC 编写 C/SMBus

温度阈值寄存器（T这） 用于设置MAX31875的温度限值。如果MAX31875测得的温度超过TOS，则配置寄存器显示过热状态。TOS 的上电状态为 80°C （0x5000），地址0x03。设置 T 的步骤这至95°C （0x5F00），主机写入MAX31875，如表3所示。

 

方向

M->S

M->S

M->S

S->M

M->S

S->M

M->S

S->M

M->S

S->M

M->S

S->M

M->S

内容

S

从地址

水利

一个

寄存器地址

一个

数据高

一个

数据低

一个

PEC 字节

一个

P

二元的

1001 000

0

0000 0011

0101 1111

0000 0000

0010 0100

 

主机使用图 8 所示的 PEC 生成器计算 PEC-6 字节。从从地址（MSB）的第一位开始，0x90035F00一次移入移位寄存器以计算0x24。

主机向MAX0发送90035x0024F31875并接收ACK，因为0x24与从机产生的PEC字节匹配。如果收到的PEC字节是匹配的，则从站向主站发送ACK。

图6.用于 CRC 的 PEC 发生器 = X8+ X2+ X1+ 1.

示例 3：I2带 PEC 的 C/SMBus 读取

将MAX31875分辨率设置为12位。LSB的值为0.0625°C。 PEC模式开启时，读取MAX31875的温度寄存器值（地址0x00）。MAX31875温度数据格式为16位，二进制补码，寄存器以2个字节读出：上字节和下字节。温度寄存器位 D[15：3] 包含温度数据。为了读取MAX31875的温度寄存器，主机通过写命令（0x90）发送从地址，接收ACK位，发送温度寄存器地址（0x00），并接收ACK位。继续重复启动，主机通过读命令（0x91）发送从地址，接收ACK位，MAX31875发回两个数据字节值，并附加一个PEC字节。

表4是MAX31875温度寄存器值23.00°C （0x1700）的主读数示例。

 

方向

M->S

M->S

M->S

S->M

M->S

S->M

...

M->S

M->S

M->S

S->M

S->M

M->S

S->M

M->S

S->M

M->S

M->S

内容

S

从地址

水利

一个

寄存器地址

一个

1

从地址

研发

一个

数据高

一个

数据低

一个

PEC 字节

N

P

二元的

1001 000

0

0000 0011

锶

1001 000

1

0001 0111

0000 0000

0101 1011

 

在读取操作期间，MAX31875向主机发送温度寄存器值（0x1700）和PEC字节（0x5B）。主站使用图 6 所示的 PEC 生成器计算 PEC 字节。从从地址的MSB开始，0x9000911700一次移入移位寄存器。主机将接收到的PEC字节与PEC发生器计算出的PEC字节进行比较，后者的值相同，并确认温度寄存器的读数正确。

结论

通过使用CRC或PEC，主站和从站可以验证接收到的数据并检测传输错误。特别是在多个设备同时连接同一主机的情况下，循环冗余检查提供了一种有效的错误检查方法。

审核编辑：郭婷