大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家讲的是嵌入式里数据差错控制技术 - 奇偶校验。

  

在系列第一篇文章里,痞子衡给大家介绍了最简单的校验法 - 重复校验,该校验法实现简单,检错纠错能力都还不错,但传输效率实在是不高,在效率至上的大背景下,这种方法是不能容忍的。今天痞子衡继续给大家介绍另一种也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痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~