TW508907B - Method and apparatus for efficient calculation of cyclic redundancy check - Google Patents

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A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 互參者 不適用 聯邦贊助研究或開發聲明 不適用 1.技術範轉 本發明一般而言係關於資料通訊，更特定而言，係關於 種執行一循環冗餘核對的方法及裝置。 2 ·相關技藝説明 可程式微處理器及數位信號處理器（DSPs)通常用於計算 "f上元々丨U的循環冗餘核對（CyClic:redundanCy check，CRC ) 0 因爲CRC爲一以位元爲主的程序，由處理器所執行的標準 CRC计算係基於位元別的處理。硬體的位元別crc處理很 有效率，而軟體的位元別CRC處理會沒有效率，而消耗處 理咨的週期，因爲大多數的微處理器及DSPs皆設計是以字 爲主的處理（例如是丨6或3 2位元的字）。 因此，現行的CRC計算方法利用以字爲主的CRC運算方法 ，其使用查閱表來避免一次僅處理單一位元。查閱表方法 允許微處理器或DSP—次即處理一個字，此方法係因爲CRC 運算爲一線性的轉換而成爲可能。 在許多微處理器中，記憶讀取存取爲管線化，造成請求 一靖取動作的時間，與讀取値可被用於處理的時間之間有 一些延遲。在管線化處理器中，此讀取延遲（並非所需要的 可用處理器資源來處理該資料）決定了每個CRC迴圈遞迴所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ΓΙΙ----------------^--------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -4. A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、發明說明（ :要的最小指令循環。在使用查閲表的CRC運算例中，不 二有新的C職址運算能夠開始，直到由查閲表中取得前 個CRC値。此延遲造成了使用查閲表的CRC架構的 最底限。 卞 CR因二:士有需要—種方法及裝置，其能夠降低在-軟體 運#中的有效讀取延遲。 ΐϋΑ簡單總結 次循環冗餘核對係在接收一資料流時在軟體中計算，並將 ，料流分離成兩個或多個中間資料流…中間循環冗餘核 士即對於每個中間資料流來產生。最終的循環冗餘核對即 由孩中間循環冗餘核對來產生·。· r 上在二罘二具體實施例中，多重循環冗餘核對係由多個獨 乂，資料流產生。對於用以產生CRC的查閱表的存取，係 由每個獨立的資料流同時地來進行，至少是一部份。 本發明比先前技藝提供了許多顯著的好處，特別是對於 計算一資料流的CRC的有效循環數目可大爲降低，其係由 於降低了由讀取延遲所造成的多餘的處理循環。 -1式簡單諸明： 爲了對本發明及其好處能夠有一更完整的瞭解， 附圖及下述説明，其中： ’ ^考 圖1a及1b所示爲一先前技藝的CRC軟體計算方法； 圖2所示爲一方塊圖，用以顯示一種改善的方法，其使用 多個中間資料流進行CRC的軟體計算-; 圖3所示爲以圖2之方法，用於計算CRC的基本處理器資 --------1--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π Α7 Β7 、發明說明（） 源的方塊圖； 圖4所示爲一基本時序圖，顯示中間CRC値的重疊計算； 圖5a及5b所示爲對於多個中間資料流所產生的一 CRC查 閱表；及 圖6 a及6b所示爲本發明的第二具體實施例，用以計算多 個獨立的CRC値。 螢明詳細説明 本發明可參閱圖1到圖6而得到更進一步的瞭解，其中不 同圖面中相同的編號係用於相同的元件。 圖la及lb所示爲一方塊圖及一流程圖，其分別爲先前技 藝中使用一微處理器或DSP來在體中計算CRC的方法與裝 置。爲了説明起見，圖1 a及i b的例子使用一 8位元的字大 小來説明，此處所用的方法可以延伸到任何的字長度。 在圖1&中，一處理器1〇在CRC計算中使用兩個暫存器： (1) 一輸入暫存器12及一 CRC暫存器14。一查閲表（LUT) 1 6 (通常爲處理器中較大記憶體的一部份）儲存了 CRC値的 表。輸入暫存器1 2接收來自一資料流的資料，而其爲一 CRC计算所需。此儲存在輸入暫存器丨2的値係標示爲 INPUT。CRC暫存器Η接收讀取自LUT16的CRC値。儲存在 索=暫存器1 4的値標示爲LASTCRC。一除或（exdusive_ 〇 r) 運算（以除或方塊18表示）用在輸入暫存器12(1>^1；丁）及 CRC暫存器14(LASTCRC)的内容上，並使用以2爲模數的加 法除或閘1 8的輸出爲CRC計算程式-用來定址lut 1 ό。除 或閘1 8的輸出則標示爲INDEX。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） !l·--------·裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（4 ) 在運作中，圖！的電路以圖lb的方法來產生crc。在方塊 2〇中，電路被初始化，即將CRC暫存器14儲存一 lastcrc 的値爲” 0000000”。在方塊22中，眘料& Μ， 貝枓仏u係由輸入暫存器 ! 2接收，並形成一字（INPUT)。在方塊2 4中，ΐΝρυτ及 LASTCRC使用模數2加法來相力〇，產生位址細Εχ。皿 16中位置mDEX的値即被存取，接著在方塊“中被存入 CRC暫存器14。*果〇^產生㈣包料在決策方㈣ 中完成，則整個計算就告結束，而該封包的crc則可在 CRC暫存器14中取用。如果封包中有更多的字要處理，則 流程即回到方塊22，其中下-個輸人字即料在輸入暫存 器1 2當中。 圖1 b所示的方法對於一管線架構會特別地沒有效率。管 線結構可藉由執行額外的運算，在由一特定運算造成延遲 時，可以提供有效的處理。但是，如圖丨b所示的流程圖中 ，在步驟26的讀取延遲中，僅有下一個資料字可在步驟22 中讀取。步驟24僅能在完成步驟26之後才能啓動，因爲步 蘇2 4與步展2 6有相關性。此相關性造成了處理器運算上的 瓶頸。 圖2所示爲一較佳具體實施例，藉以改善對一資料流產生 CRC的效率。在此具體實施例中，資料流係被分爲多個資 料泥。這些資料流中，每個皆在處理方塊3 〇中被獨立地處 理’來產生一中間CRC結果。此中間CRC結果接著使用模 數2加法器3 2結合來產生最後的CRC結果。 圖2的流程模型可以比圖1 a及丨b所示的先前技藝模型， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐 ----------裝-------丨訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 提供了 一明顯的好處。在圖4及113所示的先前技藝方法中 ，一讀取LUT的運作，僅可以在完成前一個1^7 1δ讀取動 作之後開始，因爲關於一讀取運作的位址係依據前一個讀 取運作的結果而定。在圖2的流程模型中，多個獨立的crc 產生是在管線中插入，因此多個與多個獨立資料流相關的 讀取運作在管線中重疊，而使管線結構的運用最佳化。因 此，CRC的產生會更有效率。 爲了説明資料流如何被分割，其必須注意到查閱表係爲 一線性的資料轉換。如果我們將查閲表轉換標示爲Τ，一 封包的輸入字爲d〇-dm，其中m爲一封包中的字數目，crc 運算可由下式來説明，（在本文史，” + ”係用於標示模數_ 2 的加法）： CRC = T(...T(T(T(T(T(T(d〇)+di)+d2)+d3)+d4)+d5)...+dm) 因爲 CRC轉換爲線性，T(T(dx)+dx+1)=T(T(dx)+T(dx+1))。藉 由定義U=T2(dx)=T(T(dx)，上述求取CRC的等式可被改窝爲 CRC=U(...(U(U(U(d〇)+d2)+d4)+d6)...)+T(...(U(U(U(d1)+(d3)+d5)...) 上式的右方包含兩個獨立的項次：（1) U(...(U(U(U(d〇)+ d2)+d4)+d6)···)及(2) 丁(...(11(11(11(山)+(13)+(15)···)。對每個這兩 項的中間CRC，藉由U(dx)LUT，可以彼此獨立地運算（也 就是計算中間CRC項次中的任一項不會與其它中間crc項 次的運算相關連）。此U(dx)LUT可以由T(dx)查閱表輕易地 產生（圖5a中會有更詳細的説明）。因此，在單一遞迴中可 以處理兩倍的資料字。最終的T(dx)轉換可以由手動方式（ 爲節省記憶體），或使用一 T(dx)LUT來完成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --I--I I —Aw· ^ - I-----I ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508907 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請注意由U(dx)所標示的轉換，並不需要比用於 T (dx) LUT的儲存空間更多。查閱表的大小係由crc多,式 的階數來決定。 上式另可延伸來容納多兩個的多資料流。藉由定義轉換 V(dx)=T3(dx)=T(T(T(dx)))，對於CRC的等式可以改寫爲： CRC = V(…(V(V(d〇)+ d3)t)+U(…V(V(d〇+ 山)…)+T(V(V(d2)+ d5)+.·.) 由上式可看出’ CRC的計算可劃分爲三個獨立的資料流 ，其可在一個迴圈中，藉由使用一 V(dx)LUT而同時地處理 。再一次地，V(dx)LUT與T(dx)LUT相比，並不需要任何 多餘的儲存空間。單一U(dx)及T(dx)轉換，可以由直接運 算輕易地完成，而不需要額外的表。 上述用以分割CRC計算成多個獨立處理的方法，可以利 用微處理器及DSPs，而在一處理器的管線中同時地執行， 並且很有效率。 圖3所示爲實施圖2的CRC方法的一處理器的結構化描述 。在此具體實施例中，處理器40可爲一微處理器或一 Dsp ，將資料流劃分爲k個中間資料流，如圖2中所述。來自每 個k個中間資料流的位元，係被群組化成在一個別輸入暫存 器4 2中（或其部份）的字。因此，來自資料流1的位元係組 成在INPUT1的字’來自資料流2的位元則被組成在inpuT2 的字，依此類推。對於每個k INPUT値，_對應的CRC暫存 焱44儲存一 LASTCRC値。一旦一字形成於一輸入暫存器12 中，處理器即將此位元加上對應的UAS1TCRC値（使用模數2 加法器4 5 )來決定一位址。此位址係用於取得來自LUT 4 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ：.—^ l·--------裝-------"訂--------- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（ 的LASTCRC的新値。 目前許多DSPs及其它處理器結合可以在每個時鐘循環接 收一位址的記憶體。一些處理器具有雙重埠記憶體，其可 在每個時鐘循壤接收兩個位址。因爲與一中間資料卞相的 的LUT 46的讀取運作的位址計算，並不與相關於其它中^ 資料流所進行的讀取運作之位址計算，有任何的關聯性， 而關於多個中間資料流的讀取運作可以在管線中重叠，也 就是説’與一個資料流的讀取運作可以在關於其它中間資 料流的讀取運作完成之前即可開始。 如圖3所示，可以使用任何數目的獨立中間資料流。爲了 簡單起見，在圖3中，僅顯示出二單_模數_ 2加法器。但是 ，在實用的微處理器及DSPs中，可以有一些這樣的加法器 同時地執行。在此一特殊用法中使用的獨立處理器的數°目 ，可以設足在一數字，其可最有效率地使用處理器的管線 架構。在現今一特殊的DSP結構中，可以看到支援使用最 多4個獨立的資料流，而不會顯著地影響到處理器的其它運 作；但是，資源的可用性與特定的處理器結構非常相關， 因此，獨立資料流的最佳數目將會隨著處理器的不同而有 所不同。 圖4所示爲一基本的時序圖，顯示出中間CRC値的重疊計 算。在圖4中可看出，當-單—中間資料流的lut位址計算 ’不能在該特定中間資料流之前的讀取動作完成之前即開 始的話，多個獨立中間資料流的處縣會造成比先前技藝 之系統還要多得多的流量。 ill·----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) -10- 508907 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 圖5a所示爲U(dx)如何可由T(dx)表中輕易地得到。對每 個在u(dx)表中的位置，相關於T(dx)表中的位置可用於做 AU(dx)CRC値的位址。同樣地，如圖5b所示，表可 由T(dx)表輕易地得到。對每個¥表中的位置，在T(dx)中 相關的位址即指向到V(dx)値的位址。 在圖2-5中所説明的本發明中，比先前技藝提供了顯著的 好處。特別是，用於對一資料流進行CRC計算的有效循環 數目可以大爲降低，係由於降低了由讀取延遲及關聯性所 造成的多餘處理循環之故。 圖6a所示爲本發明的一第二具體實施例。在此具體實施 例中，對於產生來自一資料流坆CRC的程序，接收來自獨 立的，多個資料流的資料，並產生多個CRCs，相對於由一 單一資料流所取得的多個獨立中間資料流，即可產生一單 一 CRC，如前所述。此方法可允許對於一個以上的輸入資 料孚之CRC的平行處理，並可與由單一資料流產生多個中 間資料流的方法相結合（參見圖6 b )。 此方法對於需要對不只一個輸入資料流的分開CRC運算 的系統，特別有用。這樣的系統包含那些以一分開的crc 來保護不同類別的資料，同時包含那些允許同時處理輸入 及輸出資料流的系統。一個如此的系統爲一 Ιτυ Τ1·413標準 的數據機，其中兩個資料類別（稱爲快速及交錯資料）^由 兩個分開的CRCs來保護，每一個皆與另一個相獨立。 如圖la及lb中所述，現今根據一）欠處理_個字的CRC運 算方法，對於處理器而言是沒有效率的，係由於讀取延遲 -IJI-IIIIIII — · I I I l· I I I «ΙΙ1ΙΙΙΙ1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（9 ) 即設定了要完成一迴圈遞迴的於 ,、的扣令循環的數目底限。 跑從、尽令4、 瑕小數目係主要由讀取之存 取延遲來決足，在每個迴圈遞迴 w 固义疫中會有數個未使用到的處 r J 個獨互資料流在每個迴圈中 進行處理，CRC運算的整體執行時間即可被大幅降低，如 此，由於來自獨立資料流的兩個或多個字可在—個迴圈中 被謂取及處理，而不會影響其讀取延遲需求。 如圖讣所示，圖6b的方法可以結合圖2_5中的方式，而 $使得適合的管線架構之使用達到最佳化。在此方法中， 每個多資料流皆被劃分爲多個中間資料流。—中間crc値 可依每個中間資料流來產生；-椅观的中間c R c s被加總在一 起而產生最終的CRC値。 平行處理兩個資料流的好處是，函數呼叫的耗用資源可 以減少到一半。對於VLIW(非常長指令字）形式的微處理器

相當重要，尤其像是TEXAS INSTRUMENTS的TMS320C6xX 微處理器，其係由於設定軟體管線所需的一程式碼迴圈， 會需要相當多的處理器循環。 雖然本發明係藉由某些範例具體實施例進行詳細的説明 ’這些具體實施例的不同修改，或是另外的具體實施例， 皆可提供給那些本技藝的專業人士做爲參考。本發明所包 含的任何修改或另外的具體實施例，皆落在申請專利範圍 的範圍之中。 12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I I -----^------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 508907

   申請專利範圍 2. 4. 1 · 一種在管線處理器中計 以下步驟： 衣冗餘核對的方法，其包本 接收一資料流； 分！資料流成兩個或多個中間資料*· 计异對每個中間資料流的中門抓， 由該中間循環冗餘核對來產餘核對； 如申請專利範圍第1項之方法，循糸几餘核對。 料流計算其中間循環冗餘核對的π:每個中間資 中：資料流計算其中間循環冗餘:的二含同時對每個 如申請專利範圍第1項之方法，其中：二 加法來加上該中間彼.環冗餘:對的=包含使 專利範圍第3項之方法，其中該計算::包含以 對每個中間資料流，重複步驟： 由中間資料流產生一資料字； 、將：！：域存在關於此中間資料流的-第-記憶體 i 一目則循％冗餘核對而形成一位址； 取得來自對應於該位址的一第二記憶體位置的_新循 環冗餘核對；及 以該新的循環冗餘核對取代該目前循環冗餘核對。 5.如申請專利範圍第4項之方法，其中關於一個該中間資 料流的該產生及加入步驟，係與關於另_個該中間資料 流的該取得步驟同時地進行。 〜 6 *如申請專利範圍第4項之方法’其中該關於一個該中間 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） , -----—^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508907 A8 B8 C8 D8 六 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ::得:係與關於另-個該中間資料流的 如申凊專利範圍第4項夕士 示負又万法，其中該產生，加入，取 得及取代步驟，皆—古壬、— Λ座生 、· 欠 1-重稷，直到來自該中間資料流的 一賀料封包被處理。 如申請專利範圍第1项之方法，其中分離該資料成兩個 或多個資科流的該步驟，包含了將資料流分離成三個或 更多個中間資料流的步驟。 一種在管線處理器中計算循環冗餘核對的方法，其包含 以下步驟： 接收多個獨立資料流；及二 同時地，對於每個獨立的資料流，重複該以下步驟： 由獨立的|料流產生一資料字； 將該字加上儲存在關於此中間資料流的一第一記憶體 之一目前循環冗餘核對而形成一位址； 取得來自對應於該位址的一第二記憶體位置的一新循 環冗餘核對；及 以該新的循環冗餘核對取代該目前循環冗餘核對。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中該項關於該獨立資 料流的產生及加入步驟，係與關於另一個該獨立資料流 的該取得步驟同時地進行。 1 1 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中該項關於該獨立資 料流的取得步驟，係與關於另一裀該獨立資料流的該取 得步骤同時地進行。 8. 9. -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 508907 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 <、申請專利範圍 1 2 . /種用以產生循環冗餘核對的電路，其包含： 用於提供兩個或多個獨立資料流之電路；及 計算電路，用於藉由管線的指令執行，在每個中間資 料流上計算一分離的循環冗餘核對，而關於該獨立資料 流心一的指令，係與關於另一個獨立資料流的指令同時 地執行。 13•如申請專利範圍第12項之產生循環冗餘核對的電路，另 包含用於自該分離的循環冗餘核對來產生一循環冗餘核 對的電路。 ' 14•如申請專利範圍第13項之產生循環冗餘核對的電路，其 中該用於自該分離的循環冗餘核對來產生一循環冗餘核 對的電路，包含一個或多個模-數_2加法器。 i 5 ·如申請專利範圍第1 2項之產生循環冗餘核對的電路，另 包含用於分離一單一資料流成多個中間資料流的電路。 16•如申請專利範圍第15項之產生循環冗餘核對的電路，豆 中用於分離的電路包含一第一組暫存器，用以儲存來自 每個中間資料流的資料字。 17. 如申請專利範園第16項之產生循環冗餘核對的電路，其 中孩計算電路包含一第二組暫存器，用以對每個中間資 料流儲存目前的循環冗餘核對値。 18. 如申請專利範圍第！7項之產生循環冗餘核對的電路，其 中孩計算電路另包含—模數_2加法器，用以㈣存在第 -組暫存器的資料加人到儲存在該第二組暫存器的資料。 •如申請專利範圍第17項之產生循-環冗餘核對的電路，立 中孩計算電路另包含一循環冗餘核對查閲 丨----------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -15-