MAX14900E八通道高速工业开关的CRC编程

星星科技指导员 2023-02-21 941

星星科技指导员

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描述

MAX14900E为高性能、8通道工业开关，具有丰富、先进的特性集。SPI接口允许微控制器监视和控制MAX14900E的大部分方面。为了增强鲁棒性，MAX14900E中的硬件CRC（循环冗余校验）电路可以选择保护其与微处理器之间的所有数据，防止误码。

然而，在MAX14900E中启用CRC功能是不够的。微处理器还必须在软件中实现相同的CRC算法，既要为发送到MAX14900E的数据附加校验位，又要验证从MAX<>E接收的数据。实现此目的的一种方法是检查数据手册，并使用它来创建自定义固件以实现必要的CRC功能。

更好的方法是改用本应用笔记中的功能。这些是用C语言编写的，应该很容易移植到大多数常见的微处理器上。

选择正确的来源

本应用笔记提供了六组C源代码，每组都实现一个CRC生成器和一个CRC检查器。MAX14900E使用单字节或双字节包与微处理器通信。其中三个代码集实现单字节数据包的生成器和检查器算法，而其他三个代码集实现双字节数据包的生成器和检查器算法。

除了选择单字节或双字节数据包与MAX14900E通信外，另一个选择标准是代码大小与执行速度的重要性。本应用笔记提供了三种不同假设的源代码。首先，小代码大小是最重要的（执行速度是次要的）。其次，执行速度比代码大小更重要。第三，在代码大小和执行速度之间取得平衡。奇怪的是，在某些微处理器架构中，第三个“折衷”选项与第二个选项一样快，其中表查找相对昂贵。

使用的 API 约定

每个代码集定义两个函数调用，一个用于 CRC 生成器，另一个用于 CRC 检查器。请注意，在这些代码示例中，“无符号字符”是 8 位无符号值的别名，有时以不同的方式标记，例如 UINT8。函数返回值为“无符号字符”或“布尔值”，但如果返回值为“int”，而不是该微处理器的本机存储大小，则某些微处理器执行代码的速度更快。

单字节生成器函数调用如下所示：

send2 = generator (send1);

Send1是发送到MAX14900E的字节。代码应先发送1，后再发送2至MAX14900E。同样，双字节生成器函数调用如下所示：

send3 = generator（send1， send2）;

用户应通过SPI接口发送3个字节，先发送1，后跟send2，然后发送3。

微处理器通过SPI接口将配置设置发送到MAX14900E，MAX14900E同时将状态信息返回给微处理器。单字节检查器如下所示：

flag = checker (ret1, ret2);

如果返回字节和 CRC 匹配，则布尔“标志”为真 （！= 0）。双字节检查器如下所示：

flag = checker (ret1, ret2, ret3);

小代码大小

本节中的代码示例使用循环来构建 CRC，一次生成一位。出于这个原因，它们不是那么快，而是紧凑地编译。这些代码片段依赖于帮助程序例程（Loop_CRC）来执行实际的一次位 CRC 计算。

 

unsigned char Loop_CRC (unsigned char crc, unsigned char byte)
{
	int i;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		crc <<= 1;
		if (crc & 0x80)
			crc ^= 0xB7; // 0x37 with MSBit on purpose
		if (byte & 0x80)
			crc ^=1;
		byte <<= 1;
	}

	return crc;
}

//
unsigned char crcSmallEncode8 (unsigned char byte1)
{
	unsigned char synd;

	synd = Loop_CRC (0x7f, byte1);
	return Loop_CRC (synd, 0x80) | 0x80;
}

//
bool crcSmallCheck8 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;

	synd = Loop_CRC (0x7f, byte1);
	return Loop_CRC (synd, byte2) == 0;
}

 

unsigned char Loop_CRC (unsigned char crc, unsigned char byte)
{
	int i;

	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		crc <<= 1;
		if (crc & 0x80)
			crc ^= 0xB7; // 0x37 with MSBit on purpose
		if (byte & 0x80)
			crc ^=1;
		byte <<= 1;
	}

	return crc;
}

//
unsigned char crcSmallEncode16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;

	synd = Loop_CRC (0x7f, byte1);
	synd = Loop_CRC (synd, byte2);
	return Loop_CRC (synd, 0x80) | 0x80;
}

//
bool crcSmallCheck16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2, unsigned char byte3)
{
	unsigned char synd;

	synd = Loop_CRC (0x7f, byte1);
	synd = Loop_CRC (synd, byte2);
	return Loop_CRC (synd, byte3) == 0;
}

快速执行

本节中的代码示例以代码大小换取速度。两个 128 字节的表对每个表访问的一个完整字节的数据进行编码。注意，如果用户只想保护发送到MAX14900E的数据，并且使用单字节事务，则用户只需要第二个表。

 

//
const unsigned char propagate8_next0 [128] = {
 0x00, 0x6E, 0x6B, 0x05, 0x61, 0x0F, 0x0A, 0x64,
 0x75, 0x1B, 0x1E, 0x70, 0x14, 0x7A, 0x7F, 0x11,
 0x5D, 0x33, 0x36, 0x58, 0x3C, 0x52, 0x57, 0x39,
 0x28, 0x46, 0x43, 0x2D, 0x49, 0x27, 0x22, 0x4C,
 0x0D, 0x63, 0x66, 0x08, 0x6C, 0x02, 0x07, 0x69,
 0x78, 0x16, 0x13, 0x7D, 0x19, 0x77, 0x72, 0x1C,
 0x50, 0x3E, 0x3B, 0x55, 0x31, 0x5F, 0x5A, 0x34,
 0x25, 0x4B, 0x4E, 0x20, 0x44, 0x2A, 0x2F, 0x41,
 0x1A, 0x74, 0x71, 0x1F, 0x7B, 0x15, 0x10, 0x7E,
 0x6F, 0x01, 0x04, 0x6A, 0x0E, 0x60, 0x65, 0x0B,
 0x47, 0x29, 0x2C, 0x42, 0x26, 0x48, 0x4D, 0x23,
 0x32, 0x5C, 0x59, 0x37, 0x53, 0x3D, 0x38, 0x56,
 0x17, 0x79, 0x7C, 0x12, 0x76, 0x18, 0x1D, 0x73,
 0x62, 0x0C, 0x09, 0x67, 0x03, 0x6D, 0x68, 0x06,
 0x4A, 0x24, 0x21, 0x4F, 0x2B, 0x45, 0x40, 0x2E,
 0x3F, 0x51, 0x54, 0x3A, 0x5E, 0x30, 0x35, 0x5B
};

const unsigned char propagate8_next1 [128] = {
 0xB7, 0xD9, 0xDC, 0xB2, 0xD6, 0xB8, 0xBD, 0xD3,
 0xC2, 0xAC, 0xA9, 0xC7, 0xA3, 0xCD, 0xC8, 0xA6,
 0xEA, 0x84, 0x81, 0xEF, 0x8B, 0xE5, 0xE0, 0x8E,
 0x9F, 0xF1, 0xF4, 0x9A, 0xFE, 0x90, 0x95, 0xFB,
 0xBA, 0xD4, 0xD1, 0xBF, 0xDB, 0xB5, 0xB0, 0xDE,
 0xCF, 0xA1, 0xA4, 0xCA, 0xAE, 0xC0, 0xC5, 0xAB,
 0xE7, 0x89, 0x8C, 0xE2, 0x86, 0xE8, 0xED, 0x83,
 0x92, 0xFC, 0xF9, 0x97, 0xF3, 0x9D, 0x98, 0xF6,
 0xAD, 0xC3, 0xC6, 0xA8, 0xCC, 0xA2, 0xA7, 0xC9,
 0xD8, 0xB6, 0xB3, 0xDD, 0xB9, 0xD7, 0xD2, 0xBC,
 0xF0, 0x9E, 0x9B, 0xF5, 0x91, 0xFF, 0xFA, 0x94,
 0x85, 0xEB, 0xEE, 0x80, 0xE4, 0x8A, 0x8F, 0xE1,
 0xA0, 0xCE, 0xCB, 0xA5, 0xC1, 0xAF, 0xAA, 0xC4,
 0xD5, 0xBB, 0xBE, 0xD0, 0xB4, 0xDA, 0xDF, 0xB1,
 0xFD, 0x93, 0x96, 0xF8, 0x9C, 0xF2, 0xF7, 0x99,
 0x88, 0xE6, 0xE3, 0x8D, 0xE9, 0x87, 0x82, 0xEC
};

//
unsigned char crcFastEncode8 (unsigned char byte1)
{
	unsigned char synd;
	
	synd = (byte1 & 0x80) ? 0xEC : 0x5B; // 6C & 5B before optimization
	synd ^= byte1;
	return propagate8_next1[synd];
}

bool crcFastCheck8 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;
	unsigned char const *ptr;

	synd = (byte1 & 0x80) ? 0xEC : 0x5B;
	synd ^= byte1;
	ptr = byte2 & 0x80 ? propagate8_next1 : propagate8_next0;
	return (ptr[synd] ^ byte2) == 0;
}
 
//
const unsigned char propagate8_next0 [128] = {
 0x00, 0x6E, 0x6B, 0x05, 0x61, 0x0F, 0x0A, 0x64,
 0x75, 0x1B, 0x1E, 0x70, 0x14, 0x7A, 0x7F, 0x11,
 0x5D, 0x33, 0x36, 0x58, 0x3C, 0x52, 0x57, 0x39,
 0x28, 0x46, 0x43, 0x2D, 0x49, 0x27, 0x22, 0x4C,
 0x0D, 0x63, 0x66, 0x08, 0x6C, 0x02, 0x07, 0x69,
 0x78, 0x16, 0x13, 0x7D, 0x19, 0x77, 0x72, 0x1C,
 0x50, 0x3E, 0x3B, 0x55, 0x31, 0x5F, 0x5A, 0x34,
 0x25, 0x4B, 0x4E, 0x20, 0x44, 0x2A, 0x2F, 0x41,
 0x1A, 0x74, 0x71, 0x1F, 0x7B, 0x15, 0x10, 0x7E,
 0x6F, 0x01, 0x04, 0x6A, 0x0E, 0x60, 0x65, 0x0B,
 0x47, 0x29, 0x2C, 0x42, 0x26, 0x48, 0x4D, 0x23,
 0x32, 0x5C, 0x59, 0x37, 0x53, 0x3D, 0x38, 0x56,
 0x17, 0x79, 0x7C, 0x12, 0x76, 0x18, 0x1D, 0x73,
 0x62, 0x0C, 0x09, 0x67, 0x03, 0x6D, 0x68, 0x06,
 0x4A, 0x24, 0x21, 0x4F, 0x2B, 0x45, 0x40, 0x2E,
 0x3F, 0x51, 0x54, 0x3A, 0x5E, 0x30, 0x35, 0x5B
};

const unsigned char propagate8_next1 [128] = {
 0xB7, 0xD9, 0xDC, 0xB2, 0xD6, 0xB8, 0xBD, 0xD3,
 0xC2, 0xAC, 0xA9, 0xC7, 0xA3, 0xCD, 0xC8, 0xA6,
 0xEA, 0x84, 0x81, 0xEF, 0x8B, 0xE5, 0xE0, 0x8E,
 0x9F, 0xF1, 0xF4, 0x9A, 0xFE, 0x90, 0x95, 0xFB,
 0xBA, 0xD4, 0xD1, 0xBF, 0xDB, 0xB5, 0xB0, 0xDE,
 0xCF, 0xA1, 0xA4, 0xCA, 0xAE, 0xC0, 0xC5, 0xAB,
 0xE7, 0x89, 0x8C, 0xE2, 0x86, 0xE8, 0xED, 0x83,
 0x92, 0xFC, 0xF9, 0x97, 0xF3, 0x9D, 0x98, 0xF6,
 0xAD, 0xC3, 0xC6, 0xA8, 0xCC, 0xA2, 0xA7, 0xC9,
 0xD8, 0xB6, 0xB3, 0xDD, 0xB9, 0xD7, 0xD2, 0xBC,
 0xF0, 0x9E, 0x9B, 0xF5, 0x91, 0xFF, 0xFA, 0x94,
 0x85, 0xEB, 0xEE, 0x80, 0xE4, 0x8A, 0x8F, 0xE1,
 0xA0, 0xCE, 0xCB, 0xA5, 0xC1, 0xAF, 0xAA, 0xC4,
 0xD5, 0xBB, 0xBE, 0xD0, 0xB4, 0xDA, 0xDF, 0xB1,
 0xFD, 0x93, 0x96, 0xF8, 0x9C, 0xF2, 0xF7, 0x99,
 0x88, 0xE6, 0xE3, 0x8D, 0xE9, 0x87, 0x82, 0xEC
};

//
// This is the fast (one byte at a time) algorithm
// 
// This is so fast that one could benefit from running it in-line
//
unsigned char crcFastEncode16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;
	unsigned char const *ptr;

	synd = (byte1 & 0x80) ? 0xEC : 0x5B;
	synd ^= byte1;
	ptr = byte2 & 0x80 ? propagate8_next1 : propagate8_next0;
	synd = ptr[synd] ^ byte2;
	return propagate8_next1[synd];
}


bool crcFastCheck16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2, unsigned char byte3)
{
	unsigned char synd;
	unsigned char const *ptr;

	synd = (byte1 & 0x80) ? 0xEC : 0x5B;
	synd ^= byte1;
	ptr = byte2 & 0x80 ? propagate8_next1 : propagate8_next0;
	synd = ptr[synd] ^ byte2;
	ptr = byte3 & 0x80 ? propagate8_next1 : propagate8_next0;
	return (ptr[synd] ^ byte3) == 0;
}

平衡

本节中的代码示例在代码大小和执行速度之间取得了平衡。一个表查找将 7 位数据编码到 CRC 中。第八位使用大小优化代码中使用的技术进行编码。一些哈佛架构设备具有相对昂贵的表查找执行时间，对于这类微处理器，这种平衡代码的执行速度可能与速度优化的代码一样快，甚至可能更快。

 

//
unsigned char propagate7 [128] = {
 0x00, 0x6E, 0xDC, 0xB2, 0xD6, 0xB8, 0x0A, 0x64,
 0xC2, 0xAC, 0x1E, 0x70, 0x14, 0x7A, 0xC8, 0xA6,
 0xEA, 0x84, 0x36, 0x58, 0x3C, 0x52, 0xE0, 0x8E,
 0x28, 0x46, 0xF4, 0x9A, 0xFE, 0x90, 0x22, 0x4C,
 0xBA, 0xD4, 0x66, 0x08, 0x6C, 0x02, 0xB0, 0xDE,
 0x78, 0x16, 0xA4, 0xCA, 0xAE, 0xC0, 0x72, 0x1C,
 0x50, 0x3E, 0x8C, 0xE2, 0x86, 0xE8, 0x5A, 0x34,
 0x92, 0xFC, 0x4E, 0x20, 0x44, 0x2A, 0x98, 0xF6,
 0x1A, 0x74, 0xC6, 0xA8, 0xCC, 0xA2, 0x10, 0x7E,
 0xD8, 0xB6, 0x04, 0x6A, 0x0E, 0x60, 0xD2, 0xBC,
 0xF0, 0x9E, 0x2C, 0x42, 0x26, 0x48, 0xFA, 0x94,
 0x32, 0x5C, 0xEE, 0x80, 0xE4, 0x8A, 0x38, 0x56,
 0xA0, 0xCE, 0x7C, 0x12, 0x76, 0x18, 0xAA, 0xC4,
 0x62, 0x0C, 0xBE, 0xD0, 0xB4, 0xDA, 0x68, 0x06,
 0x4A, 0x24, 0x96, 0xF8, 0x9C, 0xF2, 0x40, 0x2E,
 0x88, 0xE6, 0x54, 0x3A, 0x5E, 0x30, 0x82, 0xEC
};

//}
unsigned char crcMediumEncode8 (unsigned char byte1)
{
	unsigned char synd;

	synd = (byte1 ^ 0xEC);
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ 0x80;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	return synd | 0x80;
}

//
bool crcMediumCheck8 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;

	synd = (byte1 ^ 0xEC);
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ byte2;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	return synd == 0;
}

//
unsigned char propagate7 [128] = {
 0x00, 0x6E, 0xDC, 0xB2, 0xD6, 0xB8, 0x0A, 0x64,
 0xC2, 0xAC, 0x1E, 0x70, 0x14, 0x7A, 0xC8, 0xA6,
 0xEA, 0x84, 0x36, 0x58, 0x3C, 0x52, 0xE0, 0x8E,
 0x28, 0x46, 0xF4, 0x9A, 0xFE, 0x90, 0x22, 0x4C,
 0xBA, 0xD4, 0x66, 0x08, 0x6C, 0x02, 0xB0, 0xDE,
 0x78, 0x16, 0xA4, 0xCA, 0xAE, 0xC0, 0x72, 0x1C,
 0x50, 0x3E, 0x8C, 0xE2, 0x86, 0xE8, 0x5A, 0x34,
 0x92, 0xFC, 0x4E, 0x20, 0x44, 0x2A, 0x98, 0xF6,
 0x1A, 0x74, 0xC6, 0xA8, 0xCC, 0xA2, 0x10, 0x7E,
 0xD8, 0xB6, 0x04, 0x6A, 0x0E, 0x60, 0xD2, 0xBC,
 0xF0, 0x9E, 0x2C, 0x42, 0x26, 0x48, 0xFA, 0x94,
 0x32, 0x5C, 0xEE, 0x80, 0xE4, 0x8A, 0x38, 0x56,
 0xA0, 0xCE, 0x7C, 0x12, 0x76, 0x18, 0xAA, 0xC4,
 0x62, 0x0C, 0xBE, 0xD0, 0xB4, 0xDA, 0x68, 0x06,
 0x4A, 0x24, 0x96, 0xF8, 0x9C, 0xF2, 0x40, 0x2E,
 0x88, 0xE6, 0x54, 0x3A, 0x5E, 0x30, 0x82, 0xEC
};

//
unsigned char crcMediumEncode16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2)
{
	unsigned char synd;

	synd = (byte1 ^ 0xEC);
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ byte2;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ 0x80;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	return synd | 0x80;
}

//
bool crcMediumCheck16 (unsigned char byte1, unsigned char byte2, unsigned char byte3)
{
	unsigned char synd;

	synd = (byte1 ^ 0xEC);
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ byte2;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	synd = propagate7[synd] ^ byte3;
	if (synd & 0x80)
		synd ^= 0xB7;
	return synd == 0;
}

比较

为了了解这些CRC计算的效率，该代码是在以24 MIPS（16MHz内部CPU时钟）运行的Microchip PIC32F系列上实现的。这是一个具有 16 位指令的 24 位数据路径微处理器。对代码的唯一修改是将返回值更改为“short”，C 编译器将其解释为有符号的 16 位值，即其本机数据宽度。

代码大小由编译器和链接器表确定。辅助程序生成 1，024 个随机 8 位、16 位或 24 位值。报告的时间是这 1，024 次测试的平均值。表1总结了使用Microchip C编译器及其代码仿真器获得的数据。对于使用表查找的代码，大小以字节为单位指定为 CONST。

 

算法 字节（PGM + CONST） 编码时间（μs） 解码时间（微秒）
紧凑的单字节 219 24.8 25.5
快速单字节 570 (186 + 384) 1.72 3.00
平衡单字节 323 (195 + 128) 2.06 2.44
紧凑双字节 267 37.2 37.8
快速双字节 723 (339 + 384) 3.19 4.34
平衡双字节 473 (345 + 128) 3.02 3.40

 

不同的微处理器会产生不同的结果，但在PIC24F的情况下，不需要使用快速算法。如果对快速CRC转换感兴趣，则应在目标处理器上对快速算法和平衡算法进行基准测试，以确定哪个更好。

结论

本应用笔记介绍了如何在与MAX14900E八通道高速工业开关通信的微处理器上对CRC算法进行编码。利用本应用笔记中的C代码示例是实现这种额外保护的无忧方法。

在某些情况下，应在目标处理器上执行一些基准测试，尤其是在优先考虑快速执行速度的情况下。

审核编辑：郭婷

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