cubeIDE开发， stm32的CRC计算CubeMX配置及HAL库底层实现分析

news2024/7/4 5:50:35

一、stm32的CRC

        1.1 CRC的简介及MCU关联说明

        STM32的CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)计算单元使用一个固定的多项式发生器，从一个32位的数据字产生一个CRC码。在业务开发应用中，会基于CRC的技术用于验证数据传输或存储完整性。在EN/IEC60335-1标准的范围内，它们提供了一种验证闪存（flash）完整性的方法。CRC计算单元帮助计算运行时软件的签名，并与在链接和生成该软件时产生的签名比较验证。

        基于CRC的技术用于验证数据传输一致性。

        CRC计算单元由CRC计算寄存器和CRC用户数据寄存器组成，前者用于从后者读取相关设置及芯片ID等信息进行计算，后者用于存储用户标记或临时数据。

        本文采用的是STM32L496xx系列MCU芯片，该系列是96bit的芯片ID编码，每个芯片编码是唯一的，出厂时固化，不可修改。芯片编码作用主要与产品安全相关，可用于产品序列号； 可用来作为密码，提高安全性；可用来保护程序的不可复制。

              CRC计算单元在MCU正常、低功耗及睡眠等运行模式下均有效，如下图。

         CRC计算单元挂接在AHB总线上，其RCC时钟采用APB1时钟频率。

         CRC计算单元在写入及读取都是指向同一数据寄存器，但读取及写入数据内容却不相同。

          CRC计算单元在MCU内占据1024bit（0X3FF）寄存器空间。

         1.2 CRC的CubeMX配置说明

        在STM32CubeMX配置中，开启CRC计算功能只要选择激活按键就可以开通，激活后，可以配置5项参数，如下图所示。

         多项式配置参数，是一个32位的参数，主要用来标识多项式的幂值，是用于CRC计算单元的重要参数，例如，参数0X01000200，其二进制是0000 0001 0000 0000 0000 0010 0000 0000，则多项式计算公式为X^24 + X^9，即二进制数里那个位值为1，则其数据位值就作为幂函数的整数因变量。CubeMX的CRC计算功能的多项式配置选择默认配置时，该参数默认值是一个32bit的数据，其值为0x04C11DB7，其多项式则为X^32 + X^26 + X^23 + X^22 + X^16 + X^12 + X^11 + X^10 +X^8 + X^7 + X^5 + X^4 + X^2+ X +1。

        若关闭默认配置，CubeMX将支持用户自定义多项式参数值，在基于默认参数值基础上做调整，如下图，数据长度支持7、8、16、32bit的选择，相应的，多项式也会限制在7、8、16、32的最大整数因变量：

         CRC初值默认是0xFFFFFFFF，CubeMX还支持用户关闭默认值及自定义CRC初值，如下图所示。

         输入数据反转模式支持NONE、BYTE、HALFWORD、WORD四种模式选择，默认是NONE模式。如果我们开启BYTE模式，输入数据0X12345678时。其二进制是0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000，因为是BYTE模式，就是每8bit做高低位反转，就是每8位二进制数由原来的高到底次序，变更为底到高次序，就案例数据来说分为4组8bit数据，前8bit数据变为0100 1000，接着后面8bit数据变为0010 1100 ，第三组变为0110 1010 ，最后一组变为0001 1110，则组合在一起是0100 1000 0010 1100 0110 1010 0001 1110，采用16进制表示就是0X482C6A1E。类似的如果是HALFWORD模式，则将数据分为2组16bit数据反转，则为0X2C281E6A；若选择WORD模式，则是一组32bit的数据反转，则为0X1E6A2C48。

         数据输入格式可以选择BYTES、HALFWORDS、WORDS三种格式，HLA库的CRC计算，会根据数据输入格式选择8bit、16bit、32bit分组数据进行CRC计算。

        输出数据反转模式只有开启和关闭两种选择，开启时，输出数据会进行反转，还是以输出数据是0X12345678为例，开启输出反转后，实际输出数据是0X1E6A2C48，即类似输入数据反转的32bit作为一组数据反转。

 二、CRC计算工程配置及HLA源码分析

        2.1 CRC测试工程创建及配置

        本文为采用的是stm32L496VGTx-ali开发板来建立测试工程，并按本专栏前面的博文移植好了lpuart1串口调试及按键功能，请自行参考。

cubeIDE开发， stm32调试信息串口通信输出显示_py_free的博客-CSDN博客_调试信息输出到串口

        现双击.ioc文件，打开CubeMX配置界面，开启CRC计算功能，参数保持默认设置。

         保存及生成输出代码

        2.2 CRC的HLA库分析

        cubeMX生成代码时，会在Core源码目录下的Inc及Src目录，分别生成crc.h和crc.c驱动文件。

        在crc.c文件中，主要定义了MX_CRC_Init函数和HAL_CRC_MspInit函数。MX_CRC_Init主要做两件事情，一是将CubeMX上配置的参数传递给CRC缓存Init和生成CRC句柄Instance(寄存器)，二是调用HLA库的HAL_CRC_Init来实现真正的初始化设定。HAL_CRC_MspInit是HLA内的弱函数，根据实际配置CubeMX会生成新的函数，完成真正的MCU底层设置任务（MspInit，MCU Specific Package init，即指和MCU相关的初始化），覆盖原来的弱函数，而在HAL_CRC_Init函数中会调用到HAL_CRC_MspInit函数。

         在stm32l4xx_hal_crc.c源文件中定义了HAL_CRC_Init函数，它做以下事情：诊断配置参数是否合规；调用HAL_CRC_MspInit函数完成CRC时钟开启；最后将依据参数写入CRC寄存器，如果采用默认多项式参数，写入默认多项式数值，否则调用多项式配置函数，写入用户定义数值。

         再回到crc.c内，HAL_CRC_MspInit函数实现了CRC时钟启动设置。

         另外HLA库提供了用户自定义设置多项式参数、输入数据反转及输入数据反转的函数，方便开发这在程序代码中按需变更CRC计算方式，这些函数作为扩展功能放置在stm32l4xx_hal_crc_ex.h/c内。

         2.3 CRC计算功能及调用设计

        在stm32l4xx_hal_crc.c源文件除了定义初始化功外，还定义了CRC计算功能函数HAL_CRC_Accumulate和HAL_CRC_Calculate，HAL_CRC_Accumulate函数使用先前的CRC值和新的CRC值的组合来计算8、16或32位数据缓冲器的7、8、16和32位CRC值；HAL_CRC_Calculate独立于先前的CRC值，计算8、16或32位数据缓冲器的7、8、16和32位CRC值，因此它不同于HAL_CRC_Accumulate的部分是每次计算一组数据前，都会进行数据寄存器重置

         在main.c文件中，加入驱动文件支持

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "../../ICore/key/key.h"
#include "../../ICore/led/led.h"
#include "../../ICore/print/print.h"
#include "../../ICore/usart/usart.h"
#include "../../ICore/delay/delay.h"
/* USER CODE END Includes */

        在main.c文件中，加入CRC句柄（寄存器）声明

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
extern CRC_HandleTypeDef hcrc;
/* USER CODE END 0 */

        在main函数中，加入外设驱动启用（主要是串口调试中断开启）及相关初始设置，添加了一组3个长度32bit宽的数据数组用于测试。

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_LPUART1_UART_Init();
  MX_CRC_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  ResetPrintInit(&hlpuart1);
  HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1,(uint8_t *)&HLPUSART_NewData, 1); //再开启接收中断
  HLPUSART_RX_STA = 0;
  //
  printf("app restart now!\r\n");
  uint32_t crc_input[3] = {0X12345678,0X23456789,0X34567890};
  uint32_t crc_output = 0x00;
  uint32_t crc_index = 0;
  uint8_t crc_mode = 0;
  /* USER CODE END 2 */

        在main函数循环体中，通过按钮调用CRC计算功能，并通过lpuar1串口输出显示计算结果。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  	  if(HLPUSART_RX_STA&0xC000){//溢出或换行，重新开始
  		  //printf("%.*s\r\n",HLPUSART_RX_STA&0X0FFF, HLPUSART_RX_BUF);
  		  HLPUSART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
  		  HAL_Delay(100);//等待
  	  }
	  if(KEY_0())
	  {
		  crc_output = HAL_CRC_Accumulate(&hcrc,crc_input,3);
		  printf("crc_Accumulate_output:0X%08lX\r\n",crc_output);
	  }
	  if(KEY_1())
  	  {
		  crc_output = HAL_CRC_Calculate(&hcrc,crc_input,3);
		  printf("crc_Calculate_output:0X%08lX\r\n",crc_output);
  	  }
	  if(KEY_2())
  	  {
		  crc_mode = (crc_index)%6;
		  switch(crc_mode){
		  case 0:
			  HAL_CRCEx_Output_Data_Reverse(&hcrc,CRC_OUTPUTDATA_INVERSION_ENABLE);
			  printf("Output_Data_Reverse:0X%08lXU\r\n",CRC_OUTPUTDATA_INVERSION_ENABLE);
			  break;
		  case 1:
			  HAL_CRCEx_Output_Data_Reverse(&hcrc,CRC_OUTPUTDATA_INVERSION_DISABLE);
			  printf("Output_Data_Reverse:0X%08XU\r\n",CRC_OUTPUTDATA_INVERSION_DISABLE);
			  break;
		  case 2:
			  HAL_CRCEx_Input_Data_Reverse(&hcrc,CRC_INPUTDATA_INVERSION_BYTE);
			  printf("Input_Data_Reverse:0X%08lXU\r\n",CRC_INPUTDATA_INVERSION_BYTE);
		  	  break;
		  case 3:
			  HAL_CRCEx_Input_Data_Reverse(&hcrc,CRC_INPUTDATA_INVERSION_HALFWORD);
			  printf("Input_Data_Reverse:0X%08lXU\r\n",CRC_INPUTDATA_INVERSION_HALFWORD);
			  break;
		  case 4:
			  HAL_CRCEx_Input_Data_Reverse(&hcrc,CRC_INPUTDATA_INVERSION_WORD);
			  printf("Input_Data_Reverse:0X%08lXU\r\n",CRC_INPUTDATA_INVERSION_WORD);
		  	  break;
		  case 5:
			  HAL_CRCEx_Polynomial_Set(&hcrc,DEFAULT_CRC32_POLY,CRC_POLYLENGTH_16B);
			  printf("Polynomial_Set:0X%04XU\r\n",DEFAULT_CRC32_POLY);
		  	  break;
		  default:
			  break;
		  }
		  crc_index++;
  	  }
    /* USER CODE END WHILE */

三、编译及测试

        3.1 编译下载

        3.2 测试

        程序开启时，默认多项式参数是0x04C11DB7U，无输入、输出反转。每按键一次KEY2改变输入反转模式或输出反转模式或多项式参数 ，然后各按键一次KEY0和KEY1， log输出如下：

         案例只是抛砖引玉，更多CRC功能及应用拓展请自行上手代码实践。

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