CRC-模2运算

本文解释了模2运算是指对二进制位进行异或运算,强调其不涉及借位和进位的特点,通过示例说明10-1=11,10+1=11等基本运算结果。

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模2运算就是对每一位做异或运算,相同的为0,不同的为1

模2运算既不借位也不进位,比如说0-1 = 1,它的借位是从天而降的,而不是从前一位借的。这就是模2运算所说的不借位不进位。

所以

10-1=11

10+1=11

1111+1010=0101

实际上得到的效果就是对每一位做异或运算

### CRC-16并行运算的推导过程 CRC(循环冗余校验)是一种用于检测数据传输过程中错误的技术。对于CRC-16而言,其核心在于通过多项式除法来生成校验码,并将其附加到发送的数据之后以便接收端验证数据完整性。 #### 1. 基本概念 CRC的核心思想是基于2除法进行计算。在并行实现中,目标是以单一时钟周期完成整个输入数据块的校验码计算。这需要预先构建一个映射关系表或者直接利用逻辑门电路实现快速计算[^1]。 #### 2. CRC-16 的定义 常见的CRC-16标准有多种变体,例如 **CRC-16 (XModem)** 和 **CRC-16 CCITT**。这里以 **CRC-16 CCITT** 为例展开讨论,其对应的生成多项式为: \[ P(x) = x^{16} + x^{12} + x^5 + 1 \] 此多项式的二进制表示形式为 `10001000000100001` 或者十六进制表示为 `0x1021`[^2]。 #### 3. 并行计算的基本思路 为了实现并行化处理,通常采用以下两种方式之一: - 使用预计算表格存储中间结果; - 构建组合逻辑电路直接得出最终结果。 由于题目要求详细解释推导过程,因此重点放在后者——即如何通过理论分析得到具体的硬件电路结构。 ##### 3.1 单位移位操作的影响 假设当前寄存器状态为 \( R \),新加入的一位数据为 \( D_i \),则更新后的寄存器值可以通过如下公式描述: \[ R_{new}[j] = \begin{cases} (R[j+1]) & j=15 \\ (D_i \oplus P[15-j]) & j=0\\ ((D_i \oplus P[15-j]) \oplus R[j+1]) & otherwise \end{cases} \] 此处 \( P[k] \) 表示生成多项式第 k 位置上的系数[^3]。 ##### 3.2 扩展至多位数据 当面对更宽的数据总线时(比如8比特或更多),我们需要重复应用上述单位移位规则直到覆盖全部待处理位数为止。具体来说就是依次考虑每一位对整体输出产生的贡献度,并综合起来形成总的转移方程组。 举个例子,在处理一字节(八位)的情况下,我们可以写出类似于下面这样的表达式集合: ```plaintext crc_new[15..0] = f(crc_old[15..0], data_in[7..0]) ``` 其中函数f包含了所有的异或与反馈路径信息。实际开发当中往往借助计算机辅助手段自动生成这部分复杂的布尔代数表达式。 #### 4. Verilog 实现概览 一旦明确了数学型后,就可以着手编写相应的RTL级代码了。以下是简化版伪代码片段展示了一个可能的设计框架: ```verilog module crc16_parallel ( input wire [7:0] data, // Input byte to be processed input wire [15:0] prev_crc, // Previous state of the CRC register output reg [15:0] next_crc // Next state after processing current byte ); always @(*) begin // Compute new CRC value based on polynomial and previous state next_crc[15] = ...; ... next_crc[0] = ...; // Each bit computed according to derived equations above. end endmodule ``` 注意这里的省略号部分应该填入按照前述方法获得的具体算术关系[^2]。 #### 结论 综上所述,通过对基本单元步长规律的研究以及适当扩展能够有效达成高效能需求下的全并行架构解决方案。这种方法虽然初期设计复杂度较高,但在后期运行效率方面具有显著优势特别适合于高速通信链路场合下运用。 ---
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