8051单片机串口通信中的检错方法
8051单片机串口通信中的检错方
0 引言
对于基于flash控制器的8051的芯片结构，一般在进行数据传输时，都是先通过串口将数据传送到flash控制器的buffer中。由于buffer的大小为512 bytes，所以每次传输的最大数据量为512bytes。本文中所讨论的三种检错方法的传输数据量均为512 bytes。
1 检错方式
基于8051的串口数据通信系统的硬件开发平台框图如图1所示。利用该平台进行数据传输时，通常有三种数据检错方式。
1．1 奇偶校验
奇偶校验是检错中比较常见的一种方法。它利用数据中的1的个数作为检错的标志位，若1的个数为奇数个，则错误检测的标志位为1，若1的个数为偶数，则错误检测的标志位为0。在发送端和接收端同时检测奇偶位，若得到相同的结果，则说明数据传输过程无错误发生；若得到不同的结果，则说明数据传输过程中有错误发生，此时8051会发送一个错误重传的信号，让pc端再次发送数据。
1．2 循环冗余校验(crc)
crc是利用除法和余数的原理来进行错误检测(error detecting)。如果原始数据为多项式jp(x)，则将p(x)对生成的多项式g(x)进行模2除法，再将得到的余式r(x)作为生成的crc校验码，用公式可以表示为：
p(x)=q(x)·g(x)+r(x)
上式中的q(x)为除法得到的商。发送端将原始数据p(x)和生成的crc校验码r(x)发送到接收端。接收端则根据接收到的数据p'(x)算出另外的一个crc校验码r'(x)，然后对两个crc校验码进行比较，即可得出在传输过程中是否有错误发生。若发生错误，则用发送端重传。本文中所采用的crc8所生成的多项式g(x)为：x2+x5+x4+1。
1．3 汉明码(hamming)
汉明码是在一组代码中加入一定数量的冗余，以形成一组新的数据。新加入的冗余数据被称为校验位。若某个信息位出错，则将引起几组奇偶校验结果均出错，由此根据奇偶组的检错，便可确定误码的信息位及性质。汉明码具有如下特点：
码长：n＝2m－1
信息码位：k=2m-m-1
监督码位：r=n-k=m，其中m≥2正整数
由于本文中的检错对象是串口发送，一次发送8 bits数据，故需要的冗余位为4 bits，本文采用的汉明码为(12，8)，其编码由8 bits数据和4bits组成。设数据分别为a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7。检验位为a8，a9，a10，a11,它们可按下面的式子决定：
2 测试环境及原理
本文的测试平台分为两部分，即pc串口发送部分和8051串口接收部分。pc通过串口发送数据，每次串口发送的单位为8 bits。8051通过串口接收pc发送的数据。由于硬件的限制，8051中存储数据的buffer最大为512 bytes。所以pc端的数据每次也只发送512 bytes，总共测试的数据大小为8 k bytes，传输完8 k bytes的数据需要16次。串口传输的波特率为57600。8051接收来自pc的数据，每次接收512 bytes数据，并进行错误检测。若检测到错误，则给pc发送一个重传请求，若没有检测到错误，则给pc发送一个继续传输的命令。
为了提高传输效率，在不影响检错的情况下，可分别对奇偶校验、crc校验、汉明码校验采用不同的数据传输结构。
奇偶校验每发送8 bits数据就算出1 bit的奇偶位，在算出8 bits的奇偶位之后，再将校验位一起发送到8051，其中数据d为512 bytes，group为64bytes，data为8 bits数据。其数据结构如图2所示。
crc校验时，每512 bytes数据产生1bytes校验位并发送到8051，其数据结构如图3所示。其中d为512 bytes，data为512 bytes，crc byte为8bit。即每512个bytes得到一个crc校验值。汉明码由于采用了(12，4)，每8 bits数据产生4 bits的校验位。故其数据结构如图4所示，图中，d为512 bytes的数据，data为8 bits的数据。
3 测试结果分析
本文通过相同的环境，综合比较了三种错误检测的实际效率，其实验结果如表1所列。
表1是根据发送数据的长短和波特率计算出来的理论值，实际测试值则是调用pc端的时间函数来测试的。为了提高汉明码的解码效率，本文在8051上通过汇编语言进行解码。通过对得出的表中数据进行分析可见，crc校验具有最好的检错效率，且差错率低，耗时适中。
4 结束语
本文通过对串口传输中三种检错方法的大量数据进行比较，分析了它们的检错结果和效率。在奇偶校验中，为了提高检错速度，8051端可采用汇编语言直接读取标志位寄存器中的奇偶标识。而在汉明码中，则可分别采用c语言和汇编语言来进行编程。三种检错方法中，耗时最低的是奇偶校验，其检错的速度最快，crc8次之，检错最慢的是汉明码。误差率最低的为crc8，其次为汉明码，奇偶校验发生错误的概率比较大。
由于是串口通信，出错的概率比较小，因此，传输较大文件时，检错一般采用奇偶校验，只有对误差率要求较高的场合，才用到crc。汉明码一般很少用于检错场合。
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1 检错方式
基于8051的串口数据通信系统的硬件开发平台框图如图1所示。利用该平台进行数据传输时，通常有三种数据检错方式。
1．1 奇偶校验
奇偶校验是检错中比较常见的一种方法。它利用数据中的1的个数作为检错的标志位，若1的个数为奇数个，则错误检测的标志位为1，若1的个数为偶数，则错误检测的标志位为0。在发送端和接收端同时检测奇偶位，若得到相同的结果，则说明数据传输过程无错误发生；若得到不同的结果，则说明数据传输过程中有错误发生，此时8051会发送一个错误重传的信号，让pc端再次发送数据。
1．2 循环冗余校验(crc)
crc是利用除法和余数的原理来进行错误检测(error detecting)。如果原始数据为多项式jp(x)，则将p(x)对生成的多项式g(x)进行模2除法，再将得到的余式r(x)作为生成的crc校验码，用公式可以表示为：
p(x)=q(x)·g(x)+r(x)
上式中的q(x)为除法得到的商。发送端将原始数据p(x)和生成的crc校验码r(x)发送到接收端。接收端则根据接收到的数据p'(x)算出另外的一个crc校验码r'(x)，然后对两个crc校验码进行比较，即可得出在传输过程中是否有错误发生。若发生错误，则用发送端重传。本文中所采用的crc8所生成的多项式g(x)为：x2+x5+x4+1。
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