嵌入式里数据差错控制技术之奇偶校验

geren2014

今天给大家介绍一种非常简单但效率较高的校验法 - 即奇偶校验法。 一、奇偶校验法基本原理 1.1 校验依据 奇偶校验法的校验依据就是判断一次传输的一组二进制数据中 bit "1"的奇偶性(奇数个还是偶数个)在传输前后是否一致，所以其实奇偶检验法有两个子类： 奇校验：如果以二进制数据中 1 的个数是奇数为依据，则是奇校验 偶校验：如果以二进制数据中 1 的个数是偶数为依据，则是偶校验 　　 一般在同步传输方式中常采用奇校验，而在异步传输方式中常采用偶校验。 1.2 奇偶校验位 为了实现奇偶校验，通常会在传输的这组二进制数据中插入一个额外的奇偶校验位(bit)，用它来确保发送出去的这组二进制数据中“1”的个数为奇数或偶数。 　　 划重点，奇偶校验位并不是用来标记原始传输数据中 1 的个数是奇数还是偶数，而是用来确保原始数据加上奇偶校验位后的合成数据中 1 的个数是奇数或者偶数。 1.3 校验方法 常用的奇偶校验共有三种：水平奇偶校验，垂直奇偶校验校验和水平垂直奇偶校验。以对 32 位数据：10100101 10111001 10000100 00011010 进行校验为例讲解： 水平奇偶校验：对每一种数据的编码添加校验位，使信息位与校验位处于同一行。 所以加上水平偶校验位后应传输的数据是：101001010 101110011 100001000 000110101 垂直奇偶校验：将数据分为若干组，一组一行，再加上一行校验位，针对每一列采样奇校验或偶校验。 所以加上垂直偶校验位后应传输的数据是：10100101 10111001 10000100 0001101010000010 水平垂直奇偶校验：也叫 Hamming Code，其是在水平和垂直方向上进行双校验，其不仅可以检测 2bit 错误的具体位置，还可纠正 1bit 错误，常用于 NAND Flash 里。这部分不属于本文要讨论的内容，痞子衡后续会专门介绍 Hamming Code。 1.4 C 代码实现 实际中水平校验法应用比较多，此处示例代码以水平奇校验为例： 安装包:codeblocks-17.12mingw-setup.exe 集成环境:CodeBlocks 17.12 rev 11256 编译器:GNU GCC 5.1.0 调试器:GNU gdb (GDB) 7.9.1 1.5 行业应用 奇偶检验比较典型的应用是在串口 UART 上，玩过 UART 的朋友肯定了解串口奇偶检验位的作用，包括下位机 MCU UART 驱动的编写，上位机串口调试助手的设置都需要注意奇偶校验位。下图是 UART 传输时序图，奇偶校验位是可选位，仅当使能时才会生效。不过作为嵌入式开发者，倒不必关注奇偶校验的具体实现，因为 MCU 的 UART 模块已经在硬件上支持了奇偶检验，我们只需要操作 UART 对应寄存器的控制位去使能奇偶检验功能即可。 二、奇偶校验法失效分析 在现实数据传输中，偶尔 1 位出错的机会最多，2 位及以上发生错误的概率比较低，且由于奇偶校验实现简单，具有相对理想的检错能力，因此得到广泛使用。但奇偶校验法有如下 2 个明显的缺陷： 奇数位误码能检出，偶数位误码不能检出 不能纠错，在发现错误后，只能要求重发。 　　 前面讲的两种校验法实际上更多是针对 byte 传输校验，而在实际应用中我们校验的对象往往是数据包 packet，有没有其他比奇偶校验法更好且针对 packet 的检错方法呢？痞子衡在下篇会继续聊。 至此，嵌入式里数据差错控制技术之奇偶校验便介绍完毕了