海明码生成与校验电路设计与实现

1、沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 报报 告告课程设计名称：计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计课程设计题目：海明码生成与校验电路设计与实海明码生成与校验电路设计与实现现院（系）：专 业：班 级：学 号：姓 名：指导教师：完成日期： 2016年1月14日沈阳航空航天大学课程设计报告目目 录录第第 1 章章 总体设计方案总体设计方案 .- 1 -1.1 设计原理.- 1 -1.2 设计思路 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。1.3 设计环境 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.32.1 顶层方案图的设计与实现 .32.2 功能模块的设

2、计与实现 .42.2.1 海明码 SHENGCHENG 模块的设计与实现.42.2.2 海明码 ERROR 模块的设计与实现.6 2.2.3 海明码 JIAOYAN 模块的设计与实现.83.1 编程下载.错误！未定义书签。错误！未定义书签。3.2 硬件测试及结果分析 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。参考文献参考文献.15附附 录（程序清单或电路原理图）录（程序清单或电路原理图）.16沈阳航空航天大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案- 0 -第 1 章 总体设计方案1.11.1 设计原设计原理理 海明校验码是由理查得海明（Richard Hanmming）于 1950 年提出的，它不

3、仅具有检测错误的能力，同时还具有给出错误所在的准确位置的能力，这在通信领域有着很广泛的应用。海明码是奇偶校验的一种扩充。它采用多位校验码的方式，在这些校验位中的每一位都对不同的信息数据位进行奇偶校验，通过合理地安排每个校验位对原始数据进行校验位组合，可以达到发现错误，纠正错误的目的。 （1）数据位和校验位的关系假设数据位有 m 位，如何设定校验位 k 的长度才能满足纠正一位错误的要求呢?我们这里做一个简单的推导。k 位的校验码可以有 2k 个值。如果能够满足： 2k1=m + k (m+ k 为编码后的总长度)，在理论上 k 个校验码就可以判断是哪一位(包括信息码和校验码)出现问题。 （2）海

4、明码的编码规律若海明码的最高位号为 m，最低位号为 1，即 HmHm-1H2H1，则海明码的编码规律通常是： a.校验位与数据位之和为m，每个校验位Pi在海明码中被分在 2i-1的位置，其余各位为数据位，并按从低向高逐位依次排列的关系分配各数据位。 b.海明码的每一位 Hi（包含数据位和校验位本身）由多个校验位校验，其关系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和。这样安排的目的，是希望校验的结果能正确反映出出错位的位号。1.21.2 设计思路设计思路 每个字节由 8 个二进制位组成，此处的 k 为 8，按照数据位和校验位的对应关系，r 应为 5，由于总校验位只是检测两位出错还是一位

5、出错，因此设计时不必考虑它的值，设 r 为 4，故海明码的总位数为 12，可表示为： H12H11H3H2H1， 4 个校验位 P4P1 对应的海明码位号分别为：H8，H4，H2，H1。其余为数据位 Di，则有如下排列关系： D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1由上表可得出： P1=D2D4D5D7D8 P2=D2D3D5D6D8H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12P1P2D8P4D7D6D5P8D4D3D2D1沈阳航空航天大学课程设计报告 第 1 章 总体设计方案- 1 - P3=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4海明码的校验： S1=P1D2D4D5D7

6、D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D41.3 设计环境设计环境硬件环境：伟福 COP2000 型计算机组成原理实验仪、XCV200 实验板、微机； EDA 环境：Xilinx foundation f3.1 设计软件、COP2000 仿真软件。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 2 -第 2 章 详细设计方案2.1 设计与实现设计与实现实现海明码的生成与校验逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，电路实现基于 XCV200 可编程逻辑芯片。完成原理图的设计后，把输入/输出信号安排到XCV200 指定的引脚上去，实现芯片的

7、引脚锁定。 原理图主要由生成，错误模块和校验三个模块组装而成的一个完整的设计实体，分别为：生成模块、校验模块、错误模块图图 2.12.1 生成模块生成模块沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 3 -图图 2.22.2 错误模块错误模块图图 2.32.3 校验模块校验模块2.2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现 2.2.1 生成模块的设计与实现生成模块的设计与实现（1）元件结构）元件结构海明码生成模块，原理是通过输入的数据 I1I8 按照公式： P1=D2D4D5D7D8 P2=D2D3D5D6D8沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 4 - P3

8、=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4生成了 4 位校验码 P1/P2 /P3/P4，从而得出了 12 位海明码。图图 2.42.4 生成模块内部电路生成模块内部电路（2）功能仿真）功能仿真对生成模块进行功能仿真，验证其功能的正确性。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 5 -图图 2.52.5 SHENGCHENG 模块仿真模块仿真结果分析：输入 I1-I8 为 10100000，输出 O1-O12 为 101101000000，结果是正确的海明码。2.2.2 错误模块的设计与实现错误模块的设计与实现（1）元件结构）元件结构本模块的原理是通过 3 线 8 线译码器的

9、3 进 1 出，输出一个 1，与 8 位输入数据中的一位异或，使之发生错误，从而得出一组错误的数据。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 6 -图图 2.62.6 错误产生模块内部电路错误产生模块内部电路（2）功能仿真）功能仿真对创建的 ERROR 元件进行功能仿真，验证其功能的正确性。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 7 -图图 2.72.7 ERROR 模块仿真模块仿真结果分析：输入 L1-L3 为 000，输入 I1-I8 为 10100000，输出 K1 为 0，产生一位错误。2.2.3 校验模块的设计与实现校验模块的设计与实现（1）元件的内

10、部结构）元件的内部结构原理是通过公式： S1=P1D2D4D5D7D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D4连成的电路对数据进行校验，判断数据是那一位出错，并对出错的那一位与错误数据异或，从而得出正确的数据。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 8 -图图 2.82.8 校验模块内部电路校验模块内部电路（2）功能仿真）功能仿真对校验模块进行功能仿真，验证其功能的正确性。图图 2.92.9 校验模块仿真校验模块仿真沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 9 -2.3 仿真调试仿真调试仿真调试是为了验证设计电路

11、逻辑功能的正确性，输入 8 位二进制数据位生成 12 位海明码,中间经三八译码器来改变一位数据位,经校验电路修改,最后输出正确的 8 位二进制数据位。 （1）创建仿真信号）创建仿真信号在进行仿真时，输入数据位用了上面的两组数据。第一组数据，I1I8 为 10100000，生成的海明码 O1O12 为10110100000第二组数据，I1I8 为 10010001，生成的海明码 O1O12 为 001000110001这两组数据又经三八译码器改变其中一位错的数据输入到校验电路里，经校验后输出原本的数据位，最终实现了海明码生成和校验功能。（2）仿真结果）仿真结果功能仿真波形结果如图 2.10、图

12、2.11 所示，仿真数据结果如表 2.3 所示。对表中内容进行计算，可以看出功能仿真结果是正确的，进而说明此次电路设计成功。输入数据输入数据 8 位数位数据据( (I1I8) )3 线线 8 线译码器输线译码器输入入(L1L3)输出海明码输出海明码(O1O12)输出校验后的数据输出校验后的数据(D1D8)10100000000101101000000101000001001000100100100011000110010001仿真调试时采用两组数据I1I8第一组数据10100000第二组数据10010001沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 10 -图图2.10 第一组数

13、据功能仿真波形结果第一组数据功能仿真波形结果沈阳航空航天大学课程设计报告 第 2 章 详细设计方案- 11 -图图 2.11 第二组数据功能仿真波形结果第二组数据功能仿真波形结果沈阳航空航天大学课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试- 12 -第 3 章 编程下载与硬件测试3.1 编程下载编程下载利用 Xilinx ISE 的编程下载功能，下载编译我的工程，从而得到的*.bin 文件，即可下载到 XCV200 实验板的 XCV200 可编程逻辑芯片中，完成编译下载。3.2 硬件测试及结果分析硬件测试及结果分析利用 XCV200 实验板进行硬件功能测试。海明码数据位的输入数据通过XCV20

14、0 实验板的输入开关实现，输出数据通过 XCV200 实验板的 LED 指示灯实现。输入数据得到下图的数据：图图 3.1 第一组数据第一组数据 cop2000 仿真下载结果仿真下载结果结果分析：输入 K1:1-K1:3 为 000，对应 L1-L3，输入 I1-I8 为 10010001，输出 B7A4 为 001000110001 对应 O1-O12。沈阳航空航天大学课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试- 13 -图图 3.2 第二组数据第二组数据 cop2000 仿真下载结果仿真下载结果结果分析：输入 K1:1-K1:3 为 000，对应 L1-L3，输入 I1-I8 为 1001

15、0010，输出 B7-A4 为 111100110010 对应 O1-O12。沈阳航空航天大学课程设计报告- 14 -参考文献1 曹昕燕.EDA 技术实验与课程设计M.北京：清华大学出版社，20062 范延滨.微型计算机系统原理、接口与 EDA 设计技术M.北京：北京邮电大学出版社，20063 唐朔飞.计算机组成原理（第 2 版）M.北京：高等教育出版社，2008沈阳航空航天大学课程设计报告- 15 -附 录（程序清单或电路原理图）电路原理总图电路原理总图沈阳航空航天大学课程设计报告- 16 -课程设计总结：课程设计总结：通过本次课设，我更深入的学习和了解了海明码，加强了我对海明码的认识，而且还学习了 Xilinx foundation f3.1 设计平台的应用，对我以后的学习很有帮助。增强了自己对信息的搜集与应用