如何使用數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查來(lái)保護(hù)您的溫度讀數(shù)

“數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查”（PEC）是一種在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中廣泛使用的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。Maxim集成產(chǎn)品采用PEC模式，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴１緫?yīng)用筆記討論了PEC字節(jié)在具有1線和2線接口的溫度傳感器產(chǎn)品上的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)。

背景

通信無(wú)處不在，錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致通信效率下降。為了使溝通更準(zhǔn)確，人們使用不同的方法來(lái)檢測(cè)溝通錯(cuò)誤。例如，在為網(wǎng)站登錄創(chuàng)建新密碼時(shí)，用戶需要輸入兩次密碼，以減少密碼中出現(xiàn)拼寫錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。

當(dāng)人們寫銀行路由號(hào)碼等號(hào)碼時(shí)，他們可能會(huì)犯錯(cuò)誤。創(chuàng)建校驗(yàn)位是為了捕獲這些轉(zhuǎn)錄錯(cuò)誤。校驗(yàn)位是一種冗余校驗(yàn)，由算法從序列中的其他數(shù)字計(jì)算出的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字組成。銀行路由號(hào)碼的最后一位數(shù)字是根據(jù)前八位數(shù)字計(jì)算的校驗(yàn)位，用于在交易過(guò)程中驗(yàn)證銀行路由號(hào)碼的真實(shí)性。

數(shù)據(jù)通信可能會(huì)出錯(cuò)，例如通道噪聲、電氣失真、隨機(jī)位錯(cuò)誤和串?dāng)_。循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC） 是一種錯(cuò)誤檢測(cè)代碼，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中的意外錯(cuò)誤。CRC用于多款具有1-Wire接口的Maxim溫度傳感器產(chǎn)品（即DS18B20、MAX31850）。部分產(chǎn)品帶有 I?2C/SMBus兼容串行接口（即DS1862、MAX31875）以分組錯(cuò)誤檢查（PEC）的形式實(shí)現(xiàn)CRC，這是最初在SMBus中定義的機(jī)制。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，可以在每個(gè)事務(wù)的末尾附加一個(gè)PEC字節(jié)作為錯(cuò)誤檢測(cè)代碼。PEC 字節(jié)是根據(jù)多項(xiàng)式 C（X） = X 表示的 CRC-8 字節(jié)計(jì)算的8+ X2+ X1+ 1.PEC 機(jī)制提高了可靠性和通信魯棒性，PEC 實(shí)現(xiàn)對(duì)于 SMBus 設(shè)備是可選的。

描述

每款1-Wire器件都有一個(gè)唯一的64位串行碼存儲(chǔ)在板載ROM中。當(dāng)多個(gè)設(shè)備在同一總線上時(shí)，總線主站使用64位唯一ROM ID唯一標(biāo)識(shí)總線上的每個(gè)從設(shè)備，這允許主站確定從設(shè)備的數(shù)量及其設(shè)備類型。當(dāng)主設(shè)備想要與一個(gè)特定的從設(shè)備通信時(shí)，主機(jī)向總線上的設(shè)備發(fā)出命令，然后是目標(biāo)設(shè)備的64位ROM代碼序列，以尋址該特定的從設(shè)備。只有與64位ROM碼序列完全匹配的從機(jī)才會(huì)響應(yīng)主站發(fā)出的功能命令。

在1-Wire接口產(chǎn)品中，CRC字節(jié)作為64位ROM碼的一部分（圖1）和暫存器存儲(chǔ)器的第9個(gè)字節(jié)（圖2）提供。64位ROM碼中的CRC字節(jié)是從ROM碼的前56位計(jì)算得出的，其中包括序列號(hào)和家族代碼。

暫存器內(nèi)存中的 CRC 字節(jié)從暫存器的字節(jié) 0 到 7 計(jì)算得出，并在暫存器中的數(shù)據(jù)更改時(shí)更改。暫存器中的 CRC 字節(jié)是只讀的。例如，為了從1-Wire溫度傳感器讀取溫度值，主機(jī)發(fā)出讀取暫存器命令以讀取暫存器，包括CRC字節(jié)。然后，主站從暫存器重新計(jì)算前八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的CRC字節(jié)，并將計(jì)算出的CRC字節(jié)與讀取的CRC字節(jié)進(jìn)行比較。如果它們匹配，則接收到的數(shù)據(jù)沒(méi)有錯(cuò)誤。

圖1.64位1線ROM碼。

圖2.DS18B20暫存存儲(chǔ)器。

對(duì)于我2支持PEC、CRC字節(jié)的C/SMBus組件可用于寫入和讀取。例如，MAX31875，一個(gè)微小的微功耗本地溫度傳感器，具有I2C/SMBus接口，支持可選PEC模式。

在寫事務(wù)中，主機(jī)寫入MAX31875的地址，等待MAX31875的ACK位，然后主機(jī)發(fā)送目標(biāo)寄存器，然后發(fā)送MAX31875的另一個(gè)ACK位。主機(jī)寫入兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，并從MAX31875接收每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的ACK位。PEC模式開(kāi)啟時(shí)，主機(jī)再發(fā)送一個(gè)CRC字節(jié)，并從MAX31875接收最后一個(gè)ACK位，停止交易。該CRC字節(jié)是使用從地址、寄存器地址和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)算的。

對(duì)于讀事務(wù)，主機(jī)發(fā)送MAX31875的地址和目標(biāo)寄存器地址，并從從機(jī)接收每次發(fā)送的ACK位。主機(jī)產(chǎn)生重復(fù)啟動(dòng)（Sr）字節(jié)，寫入MAX31875地址和讀位。MAX31875確認(rèn)地址/讀字節(jié)并發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。PEC模式開(kāi)啟時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸后MAX31875附加一個(gè)PEC字節(jié)。CRC字節(jié)是使用具有寫入位的從地址，寄存器地址，具有讀取位的從地址以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)算的。

圖3.2字節(jié)寫入MAX31875，PEC碼。

圖4.SMBus 2 字節(jié)與 PEC 字節(jié)一起讀取。

示例1：使用CRC進(jìn)行1線讀取

DS18B20是Maxim采用1-Wire接口的數(shù)字溫度計(jì)之一。CRC字節(jié)作為DS18B20的64位ROM碼的一部分和暫存器存儲(chǔ)器的第9個(gè)字節(jié)提供。 DS18B20的ROM CRC字節(jié)采用48位序列號(hào)和8位家族碼（28h）計(jì)算。表 1 中的示例使用序列號(hào) 04 16 74 8A 15 FF。

為了計(jì)算CRC-8字節(jié)，主站使用多項(xiàng)式生成器，如圖5所示。CRC發(fā)生器由移位寄存器和XOR門組成，所有移位寄存器位初始化為0。從ROM代碼的最低有效位開(kāi)始，一次將一位移入移位寄存器。從ROM移入第56位后，多項(xiàng)式發(fā)生器包含一個(gè)8位CRC值。

圖5.用于 CRC 的 CRC 發(fā)生器 = X8+ X5+ X4+ 1.

有關(guān)示例 CRC 字節(jié)計(jì)算的更多詳細(xì)信息 ?

在此示例中，主站根據(jù)接收到的 8 位 ROM 代碼計(jì)算 CRC-56 字節(jié)，從而產(chǎn)生值0x72。主機(jī)將計(jì)算出的CRC值（0x72）與存儲(chǔ)在DS18B20的ROM （0x72）中的CRC字節(jié)進(jìn)行比較，后者與計(jì)算值相同，并確認(rèn)主站讀數(shù)正確。

DS18B20的暫存存儲(chǔ)器CRC字節(jié)使用暫存器中的字節(jié)0至字節(jié)7計(jì)算。有關(guān)暫存器內(nèi)存內(nèi)容的示例，請(qǐng)參閱表 2。

從暫存器中字節(jié) 0 的最低有效位 （LSB） 開(kāi)始，一次一個(gè)位移入 CRC 發(fā)生器的移位寄存器。從暫存器移入第 0 位后，主機(jī)將05x8計(jì)算為 64 位 CRC 值。

主機(jī)將計(jì)算值 （0x05） 與暫存器 CRC 字節(jié) （0x05） 進(jìn)行比較。如果匹配，則大師確認(rèn)暫存器中的讀數(shù)正確。

示例 2：I2使用 PEC 編寫 C/SMBus

溫度閾值寄存器（T這） 用于設(shè)置MAX31875的溫度限值。如果MAX31875測(cè)得的溫度超過(guò)TOS，則配置寄存器顯示過(guò)熱狀態(tài)。TOS 的上電狀態(tài)為 80°C （0x5000），地址0x03。設(shè)置 T 的步驟這至95°C （0x5F00），主機(jī)寫入MAX31875，如表3所示。

主機(jī)使用圖 8 所示的 PEC 生成器計(jì)算 PEC-6 字節(jié)。從從地址（MSB）的第一位開(kāi)始，0x90035F00一次移入移位寄存器以計(jì)算0x24。

主機(jī)向MAX0發(fā)送90035x0024F31875并接收ACK，因?yàn)?x24與從機(jī)產(chǎn)生的PEC字節(jié)匹配。如果收到的PEC字節(jié)是匹配的，則從站向主站發(fā)送ACK。

圖6.用于 CRC 的 PEC 發(fā)生器 = X8+ X2+ X1+ 1.

示例 3：I2帶 PEC 的 C/SMBus 讀取

將MAX31875分辨率設(shè)置為12位。LSB的值為0.0625°C。 PEC模式開(kāi)啟時(shí)，讀取MAX31875的溫度寄存器值（地址0x00）。MAX31875溫度數(shù)據(jù)格式為16位，二進(jìn)制補(bǔ)碼，寄存器以2個(gè)字節(jié)讀出：上字節(jié)和下字節(jié)。溫度寄存器位 D[15：3] 包含溫度數(shù)據(jù)。為了讀取MAX31875的溫度寄存器，主機(jī)通過(guò)寫命令（0x90）發(fā)送從地址，接收ACK位，發(fā)送溫度寄存器地址（0x00），并接收ACK位。繼續(xù)重復(fù)啟動(dòng)，主機(jī)通過(guò)讀命令（0x91）發(fā)送從地址，接收ACK位，MAX31875發(fā)回兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)值，并附加一個(gè)PEC字節(jié)。

表4是MAX31875溫度寄存器值23.00°C （0x1700）的主讀數(shù)示例。

在讀取操作期間，MAX31875向主機(jī)發(fā)送溫度寄存器值（0x1700）和PEC字節(jié)（0x5B）。主站使用圖 6 所示的 PEC 生成器計(jì)算 PEC 字節(jié)。從從地址的MSB開(kāi)始，0x9000911700一次移入移位寄存器。主機(jī)將接收到的PEC字節(jié)與PEC發(fā)生器計(jì)算出的PEC字節(jié)進(jìn)行比較，后者的值相同，并確認(rèn)溫度寄存器的讀數(shù)正確。

結(jié)論

通過(guò)使用CRC或PEC，主站和從站可以驗(yàn)證接收到的數(shù)據(jù)并檢測(cè)傳輸錯(cuò)誤。特別是在多個(gè)設(shè)備同時(shí)連接同一主機(jī)的情況下，循環(huán)冗余檢查提供了一種有效的錯(cuò)誤檢查方法。

審核編輯：郭婷