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      用匯編語言實現BCH解碼校驗算法

      更新時間: 2006-05-17 15:21:19來源: 粵嵌教育瀏覽量:1649

      數據傳輸通信中,常常因傳輸差錯造成誤碼錯碼,尤其在無線通信中,空中的突發或隨機干擾噪聲會造成編碼差錯。為了提高傳輸的正確率,往往采用一些校驗方法,以檢驗糾正傳輸差錯。通信中校驗的方法很多,其中的BCH編碼有其獨特的優點:不僅可以檢糾突發差錯,還能檢糾隨機差錯,被廣泛地采用在微機級的通信中。但對更低層的單片機級的數據傳輸通信糾錯,往往采用奇偶校驗等簡單的校驗方法。BCH校驗因其算法復雜,尤其是動態實時的無線通信中,單片機的通信往往無法采用BCH解碼檢糾。

      筆者近幾年在工業測控和無線通信系統開發,摸索了BCH解碼檢糾在實時的、動態的、單片機級的通信中的算法,并取得十分突出的效果。以下以BCH(31:21)碼為例進行探討。

        1 BCH碼結構

      BCH碼是一種檢糾能力較強的循環碼。它由信息多項式M(X)和校驗多項式J(X)組成,如以T(X)表示整個BCH(31:21)碼字的31位碼組多項式,則:

      T(X)=M(X)+J(X)   (1)

      在31位BCH碼的后面再加上1位,以保證整個碼字32位中“1”的個數為偶數。該位稱偶校驗位。這樣就形成BCH(31:21)加1位偶校驗位的標準碼字,其結構為:

      其中校驗多項式J(X)由公式(2)計算:

      X0X1……X20 X21……X30 X31
      T(X) J(X) 偶校驗位

      J(X)=M(X)/S(X)    (2)

      式中S(X)是BCH(31:21)碼的生成多項式,見式(3):

      生成多項式S(X)的值在BCH(31:21)碼的值是固定的。

      BCH碼是一種循環碼,循環碼是利用除法來糾錯的。由于任一碼組多項式T(X)都能被生成多項式S(X)整除,所以在接收端可以將接收碼組R(X)用S(X)去除。若在傳輸中未發生錯誤,接收碼與發送碼相同,即R(X)=T(X),故接收碼組R(X)必定能被生成多項式S(X)整除;若碼組在傳輸中發生錯誤,即R(X)≠T(X),R(X)被S(X)除時,可能除不盡而有余項Y(X),因此,可根據余項是否為零來判斷碼中有無錯誤(檢錯),如有余項,通過一定的運算就可以確定錯誤位置,從而加以糾正(糾錯)。

      這里R(X)被S(X)除,是32位被11除,這在非實時靜態的微機級實現非常簡單;但在實時的、動態的、單片機級的通信中實現要快速巧妙的算法才能實現,否則,現有的碼未檢錯及糾錯完畢,下一個碼已經到了。因為動態中位和位的時距t往往只有幾十μs,以9.6b/s的短信為例,t=104μs。在這104μs中要完成檢錯、定位和糾錯三個算法程序,才是一個完整的解碼檢糾過程。

        2 檢錯

      根據上述原理,檢錯過程也就是求算R(X)被S(X)除的余項Y(X)的過程,如余項Y(X)=0,則R(X)=T(X),傳輸無差錯;如余項Y(X)≠0,則R(X)≠T(X),檢出傳輸差錯。

      在算法語言中,所有的運算總歸于二種運算:加和減。這是電子計算機的二進制基本電路特性所決定的,也是匯編語言的算術運算方法。為此,這里把除法用模二加法再加右移位實現。

      已知:S(X)=11101101001

      R(X)=r3r4r5r6 (ri為8位寄存器)

      調用下面的模二加法右移子程序,得到R(X)/S(X)的余項Y(X)=r3r4。

      ;32位/16位模二加法右移子程序

      m2add:mov r7,#00

      m2ddgx:mov a,r3

      xrl a,#0edh ;S(x)的高位=oed(h)

      mov r3a

      mov a,r4

      cpl acc.5 ;S(x)的低3位=001(b)

      mov r4,a

      mov a,r3

      acc7e10:jb acc.7m2addgx ;R(x)的位為“0”,則R(x)右移

      mov a,r6

      rlc a

      mov r6,a

      mov a,r5

      rlc a

      mov r5,a

      mov a,r4

      rlc a

      mov r4,a

      mov a,r3

      rlc a

      mov r3,a

      mov r7

      cjne r7,#10h,acc7e10 ;右移總次數為16次

      ret

      余項Y(X)的高8位在r3寄存器中,低3位在r4的高3位。

        3 定位

      如果Y(X)=r3r4≠0,表示接收到的碼組R(X)有差錯,下一步則由Y(X)的值推算差錯在R(X)中的位置。

      理論上要找出R(X)中差錯的位置,必須計算出差錯校驗子C(X)。在實踐中,校驗子C(X)的計算不僅費時間,而且多位檢糾還需多個校驗子C(X)。為此,經過幾年的實踐,把Y(X)(即r3r4)直接作為綜合校驗子,通過快速查表找到差錯位置。查找程序的大小和檢糾差錯位數有關,這里以檢糾4位差錯為例,說明定位糾錯的方法。

      ;4位差錯位址查找子程序

      bitposi:mov b,0 ;對R(X)高位至低位的移動計數

      mov r2,#1fh ;設表格長度

      bto a: mov a,b

      inc b

      acall tabsub ;調用表格子程序,讀入表格值

      clr c

      subb a,r3 ;Y(X)中的r3 和表格值比較

      jnz binc1 :不相等,轉出

      mov a,b ;相等,繼續

      acall tabsub

      clr

      subb a,r4 ;Y(X)中的r4和表格值比較

      jnz r2decl:不相等,轉出

      setb f0 ;相等,置標志位返回

      ret

      bincl:inc b

      r2decl:djnz r2,btoa

      ret ;表格查畢,沒有相等的值,不置標志位返回

      從查找子程序返回的B寄存器的值,即為差錯在R(X)中從高位到低位的位數值。

      ;4位差錯表格子程序

      tabsub:inc a

      movc a,@a+pc;將相對位置的表格送入a寄存器

      ret

      db 0ebh ;表格開始,長度為查找子程序中

      db 00 ;r2寄存器的預置值

      db 76h

      .

      .

      .

        4 糾錯

      找到了差錯在R(X)位置,就可以糾錯了。

      糾錯的原理比較簡單,因為單片機處理的是二進制數,而二進制數只有二個狀態,即不是“0”就是“1”。也就是說,R(X)中差錯位是“0”,則改為“1”;差錯位是“1”,則改為“0”。所以糾錯要對所在位求反就行了,程序見本刊網絡補充版(http://www.dpj.com.cn)。

      至此,整個檢錯、定位、糾錯的BCH碼校驗檢糾過程結束。BCH碼校驗算法,經過實踐的檢驗,不失為單片機級的數據傳輸校驗好算法。這種方法可以對多位隨機差錯和多位突發差錯進行檢驗和糾錯,具體位數的多少僅受單片機工作頻率的限制,而不受方法的限制。

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