Simulink建模：CRC校驗?zāi)Ｐ?創(chuàng)新互聯(lián)

本文研究CRC校驗的Simulink模型及其代碼生成。

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• 1 CRC校驗
• 2 C代碼形式
• 3 Matlab/Simulink建模及代碼生成
• • 3.1 Matlab Function建模
  • 3.2 For Iteration子系統(tǒng)建模
• 4 總結(jié)與思考

1 CRC校驗

在汽車軟件開發(fā)中，CRC校驗常用于CAN通信中。通常將某個CAN報文中的數(shù)據(jù)通過生成CRC8校驗碼，將此校驗碼和數(shù)據(jù)打包到一個CAN報文中一起發(fā)送。這樣的話，接收報文的節(jié)點就會判定校驗碼是否正確，以判斷傳輸?shù)倪^程是否正確。

本文以CRC校驗中的CRC8為例，研究該算法的Matlab/Simulink建模過程。另外，網(wǎng)上有個便捷的小工具可以用于在線計算CRC：http://www.ip33.com/crc.html。

2 C代碼形式

關(guān)于CRC的理解和代碼，在網(wǎng)上有很多。其C代碼如下：

#define FACTOR (0x107 & 0xFF) //多項式因子(取低8bit)
uint8_t calcCRC8(uint8_t *pbuf, uint8_t len)
{uint8_t i;
    uint8_t crc8 = 0x00;
    while(len--)
	{crc8 ^= (*pbuf++);    //前一字節(jié)計算CRC后的結(jié)果異或上后一字節(jié)，再次計算CRC
        for (i=0; i<8; i++)
        {if (crc8 & 0x80)  //高位為1時需要異或；否則不需要
            {crc8 = (crc8<< 1) ^ FACTOR;  //多項式最高位為1，與數(shù)據(jù)高位1異或為0，所以數(shù)據(jù)左移一位后與多項式低8位異或即可
            }
            else
            {	crc8 = (crc8<< 1);
			}
        }
    }
 
    return crc8;
}

從代碼中可以看出，函數(shù)的入口參數(shù)是一個uint8的指針，以及長度參數(shù)。函數(shù)中會循環(huán)每一個字節(jié)，對其進行異或預(yù)算，最終返回crc8的值。

接下來，本文會通過Matlab/Simulink搭建CRC8的算法，并與C代碼進行比較。

3 Matlab/Simulink建模及代碼生成 3.1 Matlab Function建模

m語言和C語言很相似，所以可以通過m語言將算法寫一遍，再嵌入到Matlab Function中，就可以再模型中實現(xiàn)CRC8。

1）新建立一個Matlab Function，配置輸入?yún)?shù)為 arr 和 len，分別代表數(shù)組和長度。

2）在Matlab Function中模仿C語言形式，編寫m語言的CRC算法；

function crc8 = calcCRC8(arr,len)
FACTOR = bitand(263,255);
crc8 = uint8(0);
for i = 1:len
    crc8 = bitxor(crc8,arr(i));
    for j = 1:8
        if(bitand(crc8,128))
            crc8 = bitxor(bitshift(crc8,1),FACTOR);
        else
            crc8 = bitshift(crc8,1);
        end
    end    
end
end

由于Matlab不支持指針，所以第一個參數(shù)arr為數(shù)組（但是可以不定義數(shù)組長度，而是繼承外面輸入的數(shù)組長度），第二個參數(shù)為len。

在M語言中，異或運算符為bitxor(a,b)，這點和C語言不同。

3）保存好Matlab Function之后，用常數(shù)簡單測一下；

輸入常數(shù)為0x2C，輸出CRC8校驗碼為0xC4，說明算法沒問題。

4）接下來，把輸入輸出替換成port，嘗試生成代碼；

這里，Inport1和Inport3分別設(shè)置為長度為1的單變量和長度為2的數(shù)組，是為了測試同樣的CRC校驗算法的Matlab Function在不同長度輸入的情況下，會如何表現(xiàn)；

5）將兩個Matlab Function都配置成原子子系統(tǒng)，Ctrl + B生成代碼如下；

這里由于傳參的長度不同，分別生成了兩個函數(shù)。第一個函數(shù)的第一個參數(shù)是uint8 變量，第二個函數(shù)的第一個參數(shù)是uint8類型數(shù)組。

這里博主認為是Matlab代碼生成工具比較格式化，必須在生成代碼之前就分析好函數(shù)的參數(shù)類型等信息，然后生成固定的傳參形式，而無法生成指針這樣靈活的參數(shù)。這樣就導(dǎo)致了在C語言中一個函數(shù)就搞定的CRC8算法，生成了兩遍，占用了芯片F(xiàn)lash資源。

3.2 For Iteration子系統(tǒng)建模

Simulink中也可以通過For Iteration子系統(tǒng)實現(xiàn)類似于C語言中的for循環(huán)，方法如下：

1）首先新建一個for循環(huán)子系統(tǒng)，arr端口設(shè)為長度為2的數(shù)組；

2）在該層for循環(huán)子系統(tǒng)中，對應(yīng)著對每個字節(jié)的循環(huán)處理，也即上文中while的循環(huán)；

其中，子系統(tǒng)中嵌套了另一個子系統(tǒng)，對應(yīng)于C函數(shù)中的第二層循環(huán) for (i=0; i<8; i++) ；

需要注意的是，該層中的selector模塊用于挑選出數(shù)組中某個索引的元素，而且必須明確數(shù)組的長度。這就導(dǎo)致了不同長度的數(shù)組無法通用該模型。

3）第二層循環(huán)中如下所示；

這里建模有點復(fù)雜，遠沒有C代碼那么簡潔。而且也沒必要再生成代碼了，因為生成的代碼更加復(fù)雜。而且不同長度的數(shù)組必定要生成不同的函數(shù)，甚至在模型層面都無法通用。

4 總結(jié)與思考

本文研究CRC校驗的Simulink模型及其代碼生成，博主認為通過這個例子可以看出，CRC校驗算法不適合用Simulink建模生成代碼，原因如下：

1）Simulink對指針的支持不夠好
通過常規(guī)的建模方式，Simulink難以生成靈活的指針操作?；蛟SSimulink可以通過一些配置，例如修改S Function或者TLC語言生成指針，但是那樣做實在太麻煩了，沒必要花精力鉆研工程軟件的底層實現(xiàn)。

2）處理循環(huán)和數(shù)組比較麻煩
在3.2的例子中，Simulink模型的for子系統(tǒng)遠不如C語言中的for循環(huán)那樣易讀，對于數(shù)組的處理也不夠直觀。

CRC校驗在軟件開發(fā)中更加屬于底層軟件，而不是應(yīng)用層軟件。所以直接通過C語言實現(xiàn)或許是更好的選擇。博主依然嘗試用Simulink的兩種方式實現(xiàn)，是希望通過實踐更加直觀地對比出不同方式地優(yōu)劣。

其實很多軟件需求，都不適合用Simulink生成代碼的方式完成（例如自動駕駛感知規(guī)劃），需要根據(jù)需求和工具的特點靈活選取軟件工具。

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