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大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家講的是嵌入式里數(shù)據(jù)差錯控制技術(shù)-奇偶校驗。 在系列第一篇文章里，痞子衡給大家介紹了最簡單的校驗法-重復(fù)校驗，該校驗法實現(xiàn)簡單，檢錯糾錯能力都還不錯，但傳輸效率實在是不高，在效率至上的大背景下，這種方法是不能容忍的。今天痞子衡繼續(xù)給大家介紹另一種也非常簡單但效率較高的校驗法-即奇偶校驗法。 一、奇偶校驗法基本原理1.1 校驗依據(jù) 奇偶校驗法的校驗依據(jù)就是判斷一次傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制數(shù)據(jù)中bit '1'的奇偶性(奇數(shù)個還是偶數(shù)個)在傳輸前后是否一致，所以其實奇偶檢驗法有兩個子類： 一般在同步傳輸方式中常采用奇校驗，而在異步傳輸方式中常采用偶校驗。 1.2 奇偶校驗位 為了實現(xiàn)奇偶校驗，通常會在傳輸?shù)倪@組二進(jìn)制數(shù)據(jù)中插入一個額外的奇偶校驗位(bit)，用它來確保發(fā)送出去的這組二進(jìn)制數(shù)據(jù)中“1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。
劃重點，奇偶校驗位并不是用來標(biāo)記原始傳輸數(shù)據(jù)中1的個數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)，而是用來確保原始數(shù)據(jù)加上奇偶校驗位后的合成數(shù)據(jù)中1的個數(shù)是奇數(shù)或者偶數(shù)。 1.3 校驗方法 常用的奇偶校驗共有三種：水平奇偶校驗，垂直奇偶校驗校驗和水平垂直奇偶校驗。以對32位數(shù)據(jù)：10100101 10111001 10000100 00011010進(jìn)行校驗為例講解： | 原始數(shù)據(jù) | 水平奇校驗位 | 水平偶校驗位 |
|---|
| 10100101 | 1 | 0 | | 10111001 | 0 | 1 | | 10000100 | 1 | 0 | | 00011010 | 0 | 1 |
所以加上水平偶校驗位后應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是：101001010 101110011 100001000 000110101 | 編碼分類 | 垂直奇校驗 | 垂直偶校驗 |
|---|
| 原始數(shù)據(jù) | 10100101 | 10100101 | | 10111001 | 10111001 | | 10000100 | 10000100 | | 00011010 | 00011010 | | 校驗位 | 01111101 | 10000010 |
所以加上垂直偶校驗位后應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是：10100101 10111001 10000100 0001101010000010 1.4 C代碼實現(xiàn) 實際中水平校驗法應(yīng)用比較多，此處示例代碼以水平奇校驗為例： 安裝包:codeblocks-17.12mingw-setup.exe
集成環(huán)境:CodeBlocks 17.12 rev 11256
編譯器:GNU GCC 5.1.0
調(diào)試器:GNU gdb (GDB) 7.9.1 // parity_check.c
//////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
/*!
* @brief 判斷當(dāng)前byte的極性是否為奇
*
* @param byte， 待計算奇偶性的數(shù)據(jù).
* @retval ture， byte極性(含1的個數(shù))為奇數(shù).
* @retval false， byte極性(含1的個數(shù))為偶數(shù).
*/
bool is_byte_odd_parity(uint8_t byte)
{
bool parity = false;
// 普通算法-byte逐位異或（需循環(huán)8次）
/*
for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
{
parity ^= byte & 0x01u;
byte >>= 1;
}
*/
// 效率較高算法-計數(shù)byte中1的個數(shù)（需循環(huán)n次，n為byte中1的個數(shù)）
while (byte)
{
parity = !parity;
byte &= byte - 1;
}
return parity;
}
/*!
* @brief 獲取給定data的水平奇校驗位
*
* @param src， 待計算奇偶性的數(shù)據(jù)塊.
* @param lenInBytes， 待計算奇偶性的數(shù)據(jù)塊長度.
* @retval 0， data極性(含1的個數(shù))為奇數(shù).
* @retval 1， data極性(含1的個數(shù))為偶數(shù).
*/
uint32_t get_data_parity(uint8_t *src,
uint32_t lenInBytes)
{
uint32_t result = 0;
// 水平校驗法
// isDataOddParity用于判斷所有data bits的行極性是否為奇
bool isDataOddParity = false;
while (lenInBytes--)
{
isDataOddParity ^= is_byte_odd_parity(*src++);
}
// result為所有data bits的奇校驗位
result = !isDataOddParity;
return result;
}
// main.c
//////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include 'parity_check.h'
int main(void)
{
uint8_t data[4] = {0x31, 0x33, 0x04, 0x08};
uint32_t parity = get_data_parity(data, sizeof(data));
printf('parity = %d\n', parity);
return 0;
}
1.5 行業(yè)應(yīng)用 奇偶檢驗比較典型的應(yīng)用是在串口UART上，玩過UART的朋友肯定了解串口奇偶檢驗位的作用，包括下位機(jī)MCU UART驅(qū)動的編寫，上位機(jī)串口調(diào)試助手的設(shè)置都需要注意奇偶校驗位。下圖是UART傳輸時序圖，奇偶校驗位是可選位，僅當(dāng)使能時才會生效。不過作為嵌入式開發(fā)者，倒不必關(guān)注奇偶校驗的具體實現(xiàn)，因為MCU的UART模塊已經(jīng)在硬件上支持了奇偶檢驗，我們只需要操作UART對應(yīng)寄存器的控制位去使能奇偶檢驗功能即可。 
二、奇偶校驗法失效分析 在現(xiàn)實數(shù)據(jù)傳輸中，偶爾1位出錯的機(jī)會最多，2位及以上發(fā)生錯誤的概率比較低，且由于奇偶校驗實現(xiàn)簡單，具有相對理想的檢錯能力，因此得到廣泛使用。但奇偶校驗法有如下2個明顯的缺陷： 前面講的兩種校驗法實際上更多是針對byte傳輸校驗，而在實際應(yīng)用中我們校驗的對象往往是數(shù)據(jù)包packet，有沒有其他比奇偶校驗法更好且針對packet的檢錯方法呢？痞子衡在下篇會繼續(xù)聊。 至此，嵌入式里數(shù)據(jù)差錯控制技術(shù)之奇偶校驗痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
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