如何使用数据包错误检查来保护您的温度读数
“数据包错误检查”（PEC）是一种在数据传输过程中广泛使用的错误检测机制。Maxim集成产品采用PEC模式，以提高数据传输的可靠性。本应用笔记讨论了PEC字节在具有1线和2线接口的温度传感器产品上的详细实现。
背景
通信无处不在，错误会导致通信效率下降。为了使沟通更准确，人们使用不同的方法来检测沟通错误。例如，在为网站登录创建新密码时，用户需要输入两次密码，以减少密码中出现拼写错误的机会。
当人们写银行路由号码等号码时，他们可能会犯错误。创建校验位是为了捕获这些转录错误。校验位是一种冗余校验，由算法从序列中的其他数字计算出的一个或多个数字组成。银行路由号码的最后一位数字是根据前八位数字计算的校验位，用于在交易过程中验证银行路由号码的真实性。
数据通信可能会出错，例如通道噪声、电气失真、随机位错误和串扰。循环冗余校验 （CRC） 是一种错误检测代码，用于检测数据传输中的意外错误。CRC用于多款具有1-Wire接口的Maxim温度传感器产品（即DS18B20、MAX31850）。部分产品带有 I®2C/SMBus兼容串行接口（即DS1862、MAX31875）以分组错误检查（PEC）的形式实现CRC，这是最初在SMBus中定义的机制。在数据传输系统中，可以在每个事务的末尾附加一个PEC字节作为错误检测代码。PEC 字节是根据多项式 C（X） = X 表示的 CRC-8 字节计算的8+ X2+ X1+ 1.PEC 机制提高了可靠性和通信鲁棒性，PEC 实现对于 SMBus 设备是可选的。
描述
每款1-Wire器件都有一个唯一的64位串行码存储在板载ROM中。当多个设备在同一总线上时，总线主站使用64位唯一ROM ID唯一标识总线上的每个从设备，这允许主站确定从设备的数量及其设备类型。当主设备想要与一个特定的从设备通信时，主机向总线上的设备发出命令，然后是目标设备的64位ROM代码序列，以寻址该特定的从设备。只有与64位ROM码序列完全匹配的从机才会响应主站发出的功能命令。
在1-Wire接口产品中，CRC字节作为64位ROM码的一部分（图1）和暂存器存储器的第9个字节（图2）提供。64位ROM码中的CRC字节是从ROM码的前56位计算得出的，其中包括序列号和家族代码。
暂存器内存中的 CRC 字节从暂存器的字节 0 到 7 计算得出，并在暂存器中的数据更改时更改。暂存器中的 CRC 字节是只读的。例如，为了从1-Wire温度传感器读取温度值，主机发出读取暂存器命令以读取暂存器，包括CRC字节。然后，主站从暂存器重新计算前八个数据字节的CRC字节，并将计算出的CRC字节与读取的CRC字节进行比较。如果它们匹配，则接收到的数据没有错误。
图1.64位1线ROM码。
图2.DS18B20暂存存储器。
对于我2支持PEC、CRC字节的C/SMBus组件可用于写入和读取。例如，MAX31875，一个微小的微功耗本地温度传感器，具有I2C/SMBus接口，支持可选PEC模式。
在写事务中，主机写入MAX31875的地址，等待MAX31875的ACK位，然后主机发送目标寄存器，然后发送MAX31875的另一个ACK位。主机写入两个数据字节，并从MAX31875接收每个数据字节的ACK位。PEC模式开启时，主机再发送一个CRC字节，并从MAX31875接收最后一个ACK位，停止交易。该CRC字节是使用从地址、寄存器地址和传输的数据计算的。
对于读事务，主机发送MAX31875的地址和目标寄存器地址，并从从机接收每次发送的ACK位。主机产生重复启动（Sr）字节，写入MAX31875地址和读位。MAX31875确认地址/读字节并发送两个数据字节。PEC模式开启时，数据传输后MAX31875附加一个PEC字节。CRC字节是使用具有写入位的从地址，寄存器地址，具有读取位的从地址以及传输的数据计算的。
图3.2字节写入MAX31875，PEC码。
图4.SMBus 2 字节与 PEC 字节一起读取。
示例1：使用CRC进行1线读取
DS18B20是Maxim采用1-Wire接口的数字温度计之一。CRC字节作为DS18B20的64位ROM码的一部分和暂存器存储器的第9个字节提供。 DS18B20的ROM CRC字节采用48位序列号和8位家族码（28h）计算。表 1 中的示例使用序列号 04 16 74 8A 15 FF。
| 格式 | CRC-8 （MSB） | 序号 | 家庭代码 | |||||
| 十六进制 | 72 | 04 | 16 | 74 | 8安 | 15 | FF | 28 |
| 二元的 | 0111 0010 | 0000 0100 | 0001 0110 | 0111 0100 | 1000 1010 | 0001 0101 | 1111 1111 | 0010 1000 |
为了计算CRC-8字节，主站使用多项式生成器，如图5所示。CRC发生器由移位寄存器和XOR门组成，所有移位寄存器位初始化为0。从ROM代码的最低有效位开始，一次将一位移入移位寄存器。从ROM移入第56位后，多项式发生器包含一个8位CRC值。
图5.用于 CRC 的 CRC 发生器 = X8+ X5+ X4+ 1.
有关示例 CRC 字节计算的更多详细信息 ›
在此示例中，主站根据接收到的 8 位 ROM 代码计算 CRC-56 字节，从而产生值0x72。主机将计算出的CRC值（0x72）与存储在DS18B20的ROM （0x72）中的CRC字节进行比较，后者与计算值相同，并确认主站读数正确。
DS18B20的暂存存储器CRC字节使用暂存器中的字节0至字节7计算。有关暂存器内存内容的示例，请参阅表 2。
|
字节 8 CRC 字节 |
字节 7 | 字节 6 | 字节 5 | 字节 4 | 字节 3 | 字节 2 |
字节 1 温度 MSB |
字节 0 温度 LSB |
| 0 瓦 | 1 0 | 0 摄氏度 | F F | 7 % | 1 8 | 1 字节 | 0 5 | 5 0 |
| 0000 0101 | 0001 0000 | 0000 1100 | 1111 1111 | 0111 1111 | 0001 1000 | 0001 1011 | 0000 0101 | 0101 0000 |
从暂存器中字节 0 的最低有效位 （LSB） 开始，一次一个位移入 CRC 发生器的移位寄存器。从暂存器移入第 0 位后，主机将05x8计算为 64 位 CRC 值。
主机将计算值 （0x05） 与暂存器 CRC 字节 （0x05） 进行比较。如果匹配，则大师确认暂存器中的读数正确。
示例 2：I2使用 PEC 编写 C/SMBus
温度阈值寄存器（T这） 用于设置MAX31875的温度限值。如果MAX31875测得的温度超过TOS，则配置寄存器显示过热状态。TOS 的上电状态为 80°C （0x5000），地址0x03。设置 T 的步骤这至95°C （0x5F00），主机写入MAX31875，如表3所示。
| 方向 | M->S | M->S | M->S | S->M | M->S | S->M | M->S | S->M | M->S | S->M | M->S | S->M | M->S |
| 内容 | S | 从地址 | 水利 | 一个 | 寄存器地址 | 一个 | 数据高 | 一个 | 数据低 | 一个 | PEC 字节 | 一个 | P |
| 二元的 | 1001 000 | 0 | 0000 0011 | 0101 1111 | 0000 0000 | 0010 0100 |
主机使用图 8 所示的 PEC 生成器计算 PEC-6 字节。从从地址（MSB）的第一位开始，0x90035F00一次移入移位寄存器以计算0x24。
主机向MAX0发送90035x0024F31875并接收ACK，因为0x24与从机产生的PEC字节匹配。如果收到的PEC字节是匹配的，则从站向主站发送ACK。
图6.用于 CRC 的 PEC 发生器 = X8+ X2+ X1+ 1.
示例 3：I2带 PEC 的 C/SMBus 读取
将MAX31875分辨率设置为12位。LSB的值为0.0625°C。 PEC模式开启时，读取MAX31875的温度寄存器值（地址0x00）。MAX31875温度数据格式为16位，二进制补码，寄存器以2个字节读出：上字节和下字节。温度寄存器位 D[15：3] 包含温度数据。为了读取MAX31875的温度寄存器，主机通过写命令（0x90）发送从地址，接收ACK位，发送温度寄存器地址（0x00），并接收ACK位。继续重复启动，主机通过读命令（0x91）发送从地址，接收ACK位，MAX31875发回两个数据字节值，并附加一个PEC字节。
表4是MAX31875温度寄存器值23.00°C （0x1700）的主读数示例。
| 方向 | M->S | M->S | M->S | S->M | M->S | S->M | ... | M->S | M->S | M->S | S->M | S->M | M->S | S->M | M->S | S->M | M->S | M->S |
| 内容 | S | 从地址 | 水利 | 一个 | 寄存器地址 | 一个 | 1 | 从地址 | 研发 | 一个 | 数据高 | 一个 | 数据低 | 一个 | PEC 字节 | N | P | |
| 二元的 | 1001 000 | 0 | 0000 0011 | 锶 | 1001 000 | 1 | 0001 0111 | 0000 0000 | 0101 1011 |
在读取操作期间，MAX31875向主机发送温度寄存器值（0x1700）和PEC字节（0x5B）。主站使用图 6 所示的 PEC 生成器计算 PEC 字节。从从地址的MSB开始，0x9000911700一次移入移位寄存器。主机将接收到的PEC字节与PEC发生器计算出的PEC字节进行比较，后者的值相同，并确认温度寄存器的读数正确。
结论
通过使用CRC或PEC，主站和从站可以验证接收到的数据并检测传输错误。特别是在多个设备同时连接同一主机的情况下，循环冗余检查提供了一种有效的错误检查方法。
审核编辑：郭婷
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