传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！沈阳航空航天大学课 程 设 计 报 告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：CRC码生成与校验电路的设计与实现 院（系）：专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：完成日期：2016年1月14日传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！目 录第1章 总体设计方案11.1设计原理11.2设计思路21.3 设计环境3第2章 详细设计方案62.1 顶层方案图的设计与实现62.1.1创建顶层图形设计文件6 2.1.2器件的选择与引脚锁定.72.1.3编译、综合、适配82.2 功能模块的设计与实现92.2.1模2除法器的设计与实现92.2.2移位寄存器的设计与实现112.3 仿真调试12第3章 编程下载与硬件测试153.1 编程下载153.2 硬件测试及结果分析15参考文献17附 录（电路原理图）18传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！第1章 总体设计方案1.1 设计原理二进制信息位流沿一条线逐位在部件之间或计算机之间传送称为串行传送。CRC(cyclic redundancy check)码可以发现并纠正信息存储或传送过程中连续出现的多位错误。CRC码的编码格式如图1.1所示，是在k位有效数据之后添加r位校验码，形成总长度为n的CRC码，简写作C(n,k)码。CRC编码的关键技术在于如何从k位信息简便的得到r位校验码，并根据总长度为n的CRC码进行纠错。图1.1设被校验的数据是一个k位的二进制代码，将它表示为一个(k-1)阶的多项式 (1-1)多项式(1-1)中的系数D的取值为0或1，与被校验的数据M一一对应；式中的x是一个伪变量，用指明各位的位置。设校验码P长度为r，将被校验数据D左移r位后的结果为将D左移r位的目的是给D右边添加r个0，形成(k+r)位长度二进制代码，其多项式形式为M(x)。如图1.1所示，CRC码由k位数据D和r位校验码P组成，求校验码P的多项式R(X)的方法如下： (1-2)传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！Q(x)是商，R(x)是余数，R(x)所对应的二进制代码是校验码P。可以证明存在一个最高次幂为n- k=r 的多项式G(x) ,即式(1-2)中G(x),称为生成多项式。 由式(1-2)可以推导出 (1-3)由式(1-3)可知，CRC码可被G(x)整除，余数必然为0.。根据这一特性，接收方将收到的CRC码被G(x)除，若余数为0，则表明传送过程中没有错误发生，若出现一位错，根据余数与出错位一一对应的关系，可利用余数对错误码进行定位。因此，接收方可根据表1.1发现并纠正1位错。 A1A2A3A4A5A6A7余数出错位正确1100010000无错误1100011001A71100000010A61100110100A51101010011A41110010110A31000010111A20100010101A1表1.1 循环校验码的出错模式1.2 设计思路根据题目要求，信息位k=4，r=n-k=3可知本次实验主要是完成(7,4)码的生成和校验。CRC码生成电路的核心主要由移位寄存器和模2除法器构成,信息位以串行的方式输入。依据CRC码生成与校验原理可知，生成电路中由输入端串行输入的数据D左移3位后，与生成多项式G(x)做模2除法，并将得到的3位余数与4位信息码拼接成7位CRC码。校验电路原理同生成电路，主要由移位寄存器、模2除法器和3.8译码器构成。将待检测的CRC码串行输入到模2除法器和移位寄存器中去，求得3位余数,利用3.8译码器译码将三位余数译码,通过比较可以找出出错位，并将译码结果与移位寄存器的输出结果进行异或，便得到纠正后的正确结果。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！CRC码生成与校验电路主要包括两个部分：1.生成电路。由移位寄存器接收数据并进行移位，生成多项式由开关直接送入，输入数据与生成多项式通过模2除法器最终生成CRC码。2.校验电路。原理类似生成电路，校验电路中增加了3-8译码器。3-8译码器与异或门共同完成对信息码的的校验与纠正，最后输出校验后的信息码。本设计方案采用的元件有模2除法器模块，移位寄存器模块，3-8译码器，与门，异或门。移位寄存器由7个D触发器构成。模2除法器由若干两输入与门,若干两输入异或门和D触发器构成。1.3 设计环境硬件环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机。EDA环境： Xilinx foundation f3.1设计软件Xilinx foundation f3.1是Xilinx公司的可编程期间开发工具，该平台（如图1.2所示）功能强大，主要用于百万逻辑门设计。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图 1.2 Xilinx foundation f3.1设计平台COP2000集成调试软件COP2000 集成开发环境是为COP2000 实验仪与PC 机相连进行高层次实验的配套软件，它通过实验仪的串行接口和PC 机的串行接口相连，提供汇编、反汇编、编辑、修改指令、文件传送、调试FPGA 实验等功能，该软件在Windows 下运行。COP2000 集成开发环境界面如图1.3所示。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图 1.3 COP2000计算机组成原理集成调试软件传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！第2章 详细设计方案2.1 顶层方案图的设计与实现顶层方案图实现CRC码的生成与校验的逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于XCV200可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后，把输入/输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。2.1.1创建顶层图形设计文件顶层图形文件的设计实体主要由CRC码生成电路与CRC码校验电路组成。生成电路主要由移位寄存器元件U2、模2除法器元件U1构成。如图2.1所示。图2.1 CRC码生成电路图传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！校验电路主要由移位寄存器元件U4、模2除法器U3，3-8译码器，异或门集成模块U5构成。如图2.2所示。图2.2 CRC码校验电路图2.1.2器件的选择与引脚锁定（1）器件的选择由于硬件设计环境是基于伟福COP2000型计算机组成原理实验仪和XCV200实验板，故采用的目标芯片为Xlinx XCV200软件中可用芯片。（2）引脚锁定把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到Xlinx XCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及Xlinx XCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。 传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图形文件中的输入/输出信号XCV200芯片引脚M79J63CLK213VCC64G194G295G396G497Q1152Q2178Q3184Q4185Q5203Q6111Q7110J193J299J3107J4108J5109J6124J7125传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！表2.1 信号和芯片引脚对应关系2.1.3编译、综合、适配利用Xilinx foundation f3.1的原理图编辑器对顶层图形文件进行编译，并最终生成网络表文件，利用设计实现工具经综合、优化、适配，生成可供时序仿真的文件和器件下载编程文件。2.2 功能模块的设计与实现CRC码的生成与校验电路是基于移位寄存器和模2除法器及异或门实现的。2.2.1模2除法器的设计与实现模2加定义：即按位加，可用异或逻辑实现。模2加同模2减结果相同，即01=1，10=1，00=0，11=0。模2除定义：按照模2减求得部分余数。每求一位商应将部分余数减少一位。上商原则是：当部分余数的位数多于除数时，商1，否则，商0。该模块由D触发器、与门和异或门构成。对(7,4)校验码，可采用图2.3所示电路，产生3位的余数R1、R2、R3。图中的模2减用异或门实现，左移一位由移位寄存器实现；用异或门的输出控制左边一位寄存器的D输入端，可同时实现模2减和左移。用最左一位传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！D触发器的取值控制是否做模2减，当其为1时，减去的数就是生成多项式G(x)，为0时减去的就是0000。这里，被除数M是逐位串行送到移位寄存器的，且由CL脉冲同步。其设计过程如下:（1）创建控制器设计原理图。模2除法器原理图如图2.3所示。 图2.3 模2除法器的原理框图（2）创建元件图形符号为能在图形编辑器(原理图设计输入方式)中调用MO2芯片，需要为MO2模块创建一个元件图形符号，可利用Xilinx foundation f3.1编译器中的如下步骤实现：Tools=Symbol Wizard=下一步。CP、D是输入信号，R1、R2、R3是输出信号。其元件图形符号如图2.4所示：传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图2.4模2除法器元件图形符号（3）功能仿真对创建的控制器模块进行功能仿真，验证其功能的正确性，可用Xilinx Foundation f3.1编译器Simulator模块实现。M端串行输入数据1100000，得到余数Q5、Q6、Q7为010。仿真结果如图2.5所示：图2.5 模2除法器仿真结果2.2.2移位寄存器的设计与实现该模块由8个D触发器相连接构成，数据通过M端串行输入到D触发器中。每过一个时钟脉冲，输入的数据左移一位，经过7个脉冲后，由7个D触发器的Q端并行输出所输入的数据。（1）创建控制器设计原理图。移位寄存器的原理框图如图2.6所示。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图2.6 移位寄存器的原理框图（2）创建元件图形符号为能在图形编辑器（