孩子都能学会的FPGA：第十课——UART通信增加CRC校验

chdaj58

（原创声明：该文是作者的原创，面向对象是FPGA入门者，后续会有进阶的高级教程。宗旨是让每个想做FPGA的人轻松入门，作者不光让大家知其然，还要让大家知其所以然！每个工程作者都搭建了全自动化的仿真环境，只需要双击top_tb.bat文件就可以完成整个的仿真（前提是安装了modelsim），降低了初学者的门槛。如果需要整个工程请留言索要（微信15092150280索要也可以），不收任何费用，但是仅供参考，不建议大家获得资料后从事一些商业活动！）

第九课已经完成了多字节UART通信的设计，可以在实际工程中应用了。但是一般的通信协议是有CRC校验的，有了CRC校验，就可以进一步增加数据的传输正确率。本节主要是讲述在通信协议中如何使用CRC校验，至于CRC校验的公式，CRC是如何运算的，网上的文章很多，在这儿就不具体的讲解了。

本节工程要求：系统时钟是100MHz，低电平复位，使用UART协议完成4byte数据的传输，为了保证数据传输的正确性，每帧数据添加帧头（5a），数据长度（4），CRC8校验和帧尾（a5）。UART的波特率是115200，有奇偶校验位，偶校验。

首先要设计一个CRC8模块，这是选择的多项式是X^8+X^2+X^1+1，网上有自动生成verilog代码的网站Easics CRC Tool，进行如下的设置即可以生成相应的CRC的代码。

打开后代码如下所示：

笔者根据自己的习惯对该模块进行了改写，如下所示：

CRC8的模块设计完毕后，考虑一下UART通信协议帧的结构，和第九课相比，多了一个字节的CRC，这儿的CRC是对数据1-数据4的CRC。当然也可以是帧头+长度+数据1-数据4的CRC，这个要根据具体的要求来定。一般的协议中如果有了CRC就不会有帧尾了，本工程主要是教学，所以都保留了。

如下是数据发送和数据接收的状态流程，都是增加了CRC状态。

在发送模块中，增加了CRC状态机的设计。

发送模块通过如下的代码完成CRC码的生成，就是将每个要发送的数据和上次计算完成的CRC数据分别送入crc8_coder模块，当4个数据发送完毕后，将crc_out信号在CRC状态内通过UART串行发送出去。

接收模块也是相应的增加了CHK_CRC状态机的设计。

发接收模块通过如下的代码完成CRC码的生成，就是将每个接收的数据和上次计算完成的CRC数据分别送入crc8_coder模块，当4个数据完成接收后，也完成了数据CRC的生成，即crc_out信号。

判断接收的CRC和接收模块计算的CRC是否一样，如果一样，说明接收的数据正确，如果不一样，说明接收的数据有错误。

看仿真结果，发送的数据和接收的数据是一样的，功能正确。

最后看看接收端状态cur_state=6的时候是CHK_CRC状态，此时接收模块计算的crc_out和通过UART接收到的rx_data是一样的，说明UART线上传输数据正常，没有误码的产生。

本实例的UART的协议，使用了帧头，数据长度，CRC校验，帧尾，UART的奇偶校验位等多种方式来保证数据传输的正确性！UART还是低速通信，对于PCIE，SRIO，千兆网口等接口，需要用更多的方式来保证数据传输的可靠性！

ic886

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sajes2013

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