如何使用数据包错误检查来确保您的温度安全？

来源：analog 发布时间：2023-07-27

摘要： “分组错误检测”(Packet-Error Checking, PEC)是一种广泛应用于数据传输过程中的错误检测机制。一些Maxim集成产品采用PEC模式，以提高数据传输的可靠性。本应用笔记详细讨论了PEC字节在具有1线和2线接口的温度传感器产品上的实现。

背景

通信无处不在，错误会导致通信效率的降低。为了使沟通更加准确，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，以减少密码输入错误的可能性。

当人们写诸如银行路由号码之类的数字时，他们有可能出错。创建校验数字是为了捕获这些转录错误。校验位是一种冗余校验，由一个或多个数字组成，由算法从序列中的其他数字计算得出。银行路由号码的最后一位是根据前八位数字计算出来的校验位，用于在交易过程中验证银行路由号码的真实性。

数据通信可能受到错误的影响，例如信道噪声、电畸变、随机比特错误和串扰。循环冗余校验(CRC)是一种错误检测码，用于检测数据传输中的意外错误。crc用于具有1线接口的几种Maxim温度传感器产品(即DS18B20, MAX31850)。一些具有I(2)C/SMBus兼容串行接口的产品(即DS1862, MAX31875)以分组错误检查(PEC)的形式实现crc，这是一种最初在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字节是基于CRC-8字节计算的，表示为多项式C(X) = X(8) + X(2) + X(1) + 1。PEC机制提高了可靠性和通信健壮性，对于SMBus设备来说PEC实现是可选的。

描述

每个1-Wire设备都有一个唯一的64位串行代码存储在板载ROM中。当多个设备在同一总线上时，总线主机使用64位唯一的ROM ID唯一地标识总线上的每个从设备，这允许主机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，主设备向总线上的设备发出一个命令，后跟目标设备的64位ROM代码序列，以寻址该特定的从设备。只有与64位ROM代码序列完全匹配的从机才会响应主机发出的功能命令。

在1- wire接口产品中，CRC字节作为64位ROM代码的一部分(图1)和在刮刮板存储器的第9个字节中(图2)提供。64位ROM代码中的CRC字节从ROM代码的前56位计算，其中包括序列号和族码。

scratchpad内存中的CRC字节从scratchpad的字节0到字节7计算，并随着scratchpad中的数据变化而变化。scratchpad中的CRC字节是只读的。例如，要从1线温度传感器读取温度值，主机发出read Scratchpad命令来读取包含CRC字节的Scratchpad。主机然后重新计算来自刮擦板的前八个数据字节的CRC字节，并将计算的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所示、64位1线ROM代码

图2、DS18B20刮板存储器

对于支持PEC的I(2)C/SMBus组件，CRC字节可以用于写入和读取。例如，MAX31875，一个微型，微功率本地温度传感器，具有I(2)C/SMBus接口，支持可选的PEC模式。

在写事务期间，主服务器写MAX31875的地址，等待来自MAX31875的ACK位，然后主服务器发送目标寄存器，随后发送来自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。在PEC模式开启的情况下，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。这个CRC字节是使用从地址、寄存器地址和传输数据来计算的。

对于读事务，主站发送MAX31875的地址和目标寄存器地址，并从站接收每次传输的ACK位。主机生成一个REPEAT START (Sr)字节，并写入MAX31875地址和一个读位。然后，MAX31875确认地址/读字节并传输两个数据字节。开启PEC模式后，MAX31875在数据传输后附加一个PEC字节。一个CRC字节是用一个带写位的从地址、一个寄存器地址、一个带读位的从地址和传输的数据来计算的。

图3、用PEC代码写2字节到MAX31875

图4、SMBus 2字节读取与PEC字节

例1:带CRC的1线连接

DS18B20是Maxim的数字温度计之一，带有1线接口。CRC字节作为DS18B20的64位ROM代码的一部分提供，并且位于刮刮板存储器的第9个字节中。DS18B20的ROM CRC字节是使用48位序列号和8位族码(28h)计算的。表1中的示例使用序列号为04 16 74 8A 15 FF。

表1、带值的64位1线ROM代码
格式	CRC-8 (MSB)	序列号						家庭守则(LSB)
十六进制	72	04	16	74	8	15	FF	28
二进制	0111 0010	0000 0100	0001 0110	0111 0100	1000 1010	0001 0101	1111 1111	0010 1000

为了计算CRC-8字节，主机使用一个多项式生成器，如图5所示。CRC生成器由移位寄存器和异或门组成，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，每次将一位移到移位寄存器中。从ROM移入第56位后，多项式生成器包含一个8位的CRC值。

图5、用于CRC = X(8) + X(5) + X(4) + 1的CRC生成器

关于示例CRC字节计算的进一步详细信息›

在本例中，主机根据收到的56位ROM代码计算CRC-8字节，结果为0x72。主机将计算出的CRC值(0x72)与DS18B20的ROM中存储的CRC字节(0x72)进行比较，结果与计算值相同，并确认主服务器是正确的。

DS18B20的刮记板内存CRC字节是使用刮记板中的字节0到字节7来计算的。请参见表2中的一个刮记板内存内容示例。

表2、DS18B20刮刮板内存示例
8字节 CRC字节	7字节	6字节	5字节	4字节	3字节	2字节	1字节温度最高有效位	字节0 温度LSB
0 5	1 0	0 C	F F	7 F	１８	1 B	0 5	5 0
0000 0101	0001 0000	0000 1100	1111 1111	0111 1111	0001 1000	0001 1011	0000 0101	0101 0000

从刮擦板中第0字节的最低有效位(LSB)开始，每次将一位移到CRC生成器的移位寄存器中。主机计算0x05作为8位CRC值后，移到第64位。

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主机将计算值(0x05)与scratchpad CRC字节(0x05)进行比较。如果匹配，主控确认刮刮板上的数字是正确的。

例2:I(2)C/SMBus写入与PEC

温度阈值寄存器(T(OS))用于设置MAX31875的温度限制。如果MAX31875测量温度超过TOS，配置寄存器显示过温状态。TOS上电状态为80℃(0x5000)，地址为0x03。为了将T(OS)设置为95°C (0x5F00)，主控写入到MAX31875，如表3所示。

表3、打开PEC模式写到T(OS)
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	年代	从设备地址	或者说是	一个	寄存器地址	一个	数据高	一个	数据低	一个	压电陶瓷字节	一个	P
二进制		1001 000	0		0000 0011		0101 1111		0000 0000		0010 0100

主机使用图6所示的PEC生成器计算PEC-8字节。从从地址(MSB)的第一个位开始，0x90035F00每次被移到移位寄存器中一个位，以计算0x24。

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主机向MAX31875发送0x90035F0024并接收ACK，因为0x24与从机生成的PEC字节匹配。如果接收到的PEC字节是匹配的，从服务器将向主服务器发送ACK。

图6、用于CRC的PEC发生器= X(8) + X(2) + X(1) + 1

例3:I(2)C/SMBus Re与PEC

设置MAX31875分辨率为12位。LSB值为0.0625℃。打开PEC模式，读取MAX31875的温度寄存器值(地址0x00)。MAX31875温度数据格式为16位，两个补码，寄存器以2个字节读出:一个上字节和一个下字节。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，主机发送带有写命令的从地址(0x90)，接收一个ACK位，发送温度寄存器地址(0x00)，并接收一个ACK位。继续重复启动，主设备发送带有读取命令(0x91)的从设备地址，接收一个ACK位，MAX31875返回两个数据字节值，并附加一个PEC字节。

表4是MAX31875的温度寄存器值23.00°C (0x1700)的主控值的一个例子。

表4、带PEC模式的MAX31875温度记录仪
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	年代	从设备地址	或者说是	一个	寄存器地址	一个		1	从设备地址	理查德·道金斯	一个	数据高	一个	数据低	一个	压电陶瓷字节	N	P
二进制		1001 000	0		0000 0011			老	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)。主机使用图6所示的PEC生成器计算PEC字节。从从地址的MSB开始，0x9000911700每次移到移位寄存器中一位。主机将接收到的PEC字节与从PEC生成器计算出的PEC字节进行比较，这是相同的值，并确认温度寄存器的记录是正确的。

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