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RS纠错编码原理及其实现方法。Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd前言随着越来越多的系统采用数字技术来实现,纠错编码技术也得到了越来越广泛的应用。RS码既可以纠正随机错误,又可以纠正突发错误,具有很强的纠错能力,在通信系统中应用广泛。近些年来,随着软件无线电技术的发展,RS编码、译码一般都在通用的硬件平台上实现。通常采用基于FPGA的ⅦHDL编码硬件实现,或者在DSP、单片机上用C和汇编编程软件实现。RS纠错编码涉及的领域很广,特别是设计到很多数学知识。这对那些对数学不太感冒的工程技术人员来书是个不小的挑战。尽管讲RS编码的书籍很多但是那些书都是采用循序渐进,逐步引人的方式从汉明码到循环码,从循环码到BCH码,BCH码再引入悶S码。对亍工程技术人员他们需要的是简明扼要的讲解,和详细的实现方法。本人写这篇文章的宗旨就是尽量最简单的语言最简短的篇幅来讲RS纠错编码原理,把重点来放在实现方法上。为了便于读者仿真,本文采样MLAB程序实现,程序尽量符合硬件C语言写法,读者经过简单修改即可应用到工程中去。本文读者对象本文是为那些初识瑙编码的学生、工程技术人员而写,并不适合做理论研究,如果你是纠错编码方面的学者、专家,那么本文并不适合你。由于作者水平有限,错误在所难免,恳请读者批评指正。不得更改陈文礼2008-01于郑州Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd必备的一些代数知识1、在纠错编码代数中,把以二进制数字表示的一个数据系列看成一个多项式。例如二进制数字序列1010111,可以表示成:M(x)=ax+a5x0+a5不5+a+4 TasK +ax+a,x+ank式中的x表示代码的位置,或某个二进制数位的位置,X前面的系数表示码的值。若a;是一位二进制代码,则取值是0或1。dM()称为信息代码多项式多项式次数称系数不为0的x的最高次数为多项式/(x)的次数,记为Of(x)2、域域在R编码理论中起着至关重要的作用。简单点说域GF(2)有2设2个符号[0,n,a2…22且具有以下性质域中的每个元素都可以用a",a,a2,om的和来表示。a←la为本原多项式p(x)的根。运算规则有:在纠错编码运算过程中,加减、乘和除的运算是在伽罗华域中进行。现以GF(2)域中运算为例:加法例:a+a=0010+0110101(模2加法相当于0005与011或减法运算与加法相同乘法例:a·a0=a(8+10)modl5除法例:cs/a0=a-2=a-2+5=a不理解没关系,下面的例子也许对你有帮助。例:mF=4,p(x)=x4+x+1求GF(2")的所有元素因为a为p(x)的根得到a4+a+1=0或a4=a+1(根据运算规则)Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd由此可以得到域的所有元素元素二进制对应十进制对应码值000000101000a+100l⊥0110a(a+1)=a+a(mod p(a))12a(a+a=a+a(mod p(a)1011a(a+l(modula))+a+1)10C(a+1=a+a(mod p(a )a(a23+a)a+I(mod p(a)1110a(a+a+D=aa+a(modp(a)tatI(mod p(a))11a(a3+a2+a+1)=a34a2+1(modp(a)1001a(a+a+1=a+l(mod p(a)a(a+1=l(mod(a))由此可以看岀本原多项式是求解域的全部元素的关键。读者也许会有这样的疑问我们如何得到p(x)呢?本原多城式p(x)的特性是2+得到的余式等于0O(X由于作者也是工程技术人员,具体怎么得到p(x),也没有深究过。Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd作者在设计RS编码时候都是根据 MATLAB指令rsgeηpoly来得到p(x)。其格式为 rsgenpoly(n,k)参数n为码长一般n=2"-1,k为信息码元个数。例如m4,码长n=15,信息码元长度为9GF(2)的本原多项式可以根据指令>>rsgenpoly(15, 9)得到ans= GF(2 4)array. Primitive polynomial =D 4+D+1 (19 decimal)有读者来信问:我要做一个(158的RS编码,在 MATLAB中输入命令 rsgenpoly(158,128),结果MAB报错Error using =- rsgenpolyN must equal 2m-1 for some integer m这里做一下解释我们S编码时普先要根据码长选取mλ选择原则是2若码长为6那么我们可以选择n=8, rsgenpey命令的第少个参数必须为2"-1,第二个参数司以随便选择只要小于2”-1就形了在此给出m∈(2,16)的所有本原多项式(m=2)P[m+1]={1,1,1}/米1+x+x3*/P[m+1]-{1,1,0,1}/米1+x+x4*/P[m11]={1,1,0,0,1}/米1+x2+x5*/P|m+1={1,0,1,0,0,1};Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd(m=6)/米1+x+x6*/P[m+1]={1,1,0,0,0,0,1}7)/来1+x3+x7*P[m+1]={1,0,0,1,0,0,0,1}(m=8)/米14x2+x31x4+x8*/P[m+1]-{1,0,1,1,1,0,0,0,1/*1+x4+x9半P[m1]={1,0,0,0,1,0,0,0,(m=10)/1+x3+x10*/P|m+1={1,0,0,1,0,0,0,0,/*1+x2+x11P[m+1]={1,0,0,0,0,0,0,1}(m=12)/*1+x+x4+x6+x12P[m+1]-{1,1,0,0,、1,0,0,(m=13)/*1+x+x^3+x4+x^13*/P[m+1]={1,1,0,1,1,0,0,00,0,1};(m=14)/*1+x+x6+x10+x14来P[m+1]={1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,1}(m=15)/米14x+x15*/P[m+1]={1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1};(m=16)/*1+x+x3+x12+x16*/P[m+1]={1,1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1};Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd二、线性分组码的一些基本概念1、线性分组码一般用(n,)或(n,k,d)表示n为码长,k为信息码元的数目,n-k为监督码元的数目。d表示码元距离。定义:两个码组上对应位置上数字不同的个数称为码组的距离。发送的码字C=(1,C2C3,…C接收的矢量r=(,2,信道错误图样:e=c+r例如c=(1,1,0,0,0)(1,0,001)e=(1+1,1+0,0+0,0+0,0+1)(0,1,0,0,1)从而可以看出从左端起第2位和第5位是错误的2、校验矩阵概念码长为n,信息数为k,监督数为r。这样的一组码形式为:m:m2,P,P2Pm表示第个信息码,P表示第j个校验码各个校验码可从下列线性方程组求得hm+h2m2+…+n+1B1+012+0h2m1+2m2+…+h2m+0p1p20hmn+h,2m2+…+hm+O+0+…+1p,=0式中h;是常数校验方程组可写成校验矩阵100h21h2…,h2k010h000该矩阵具有r行和n列故式(1-1)可以写成c=0或c=08Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., LtdH矩阵称为[n,k,r码的校验矩阵。发送矢量为C接收矢量为F若rH≠0则说明接收到的码有错误。设错误图样为e则可写成以下关系式r=c+e为了纠错必须知道那些位上存在错误。这可由校正子(又称伴随式)s来确定s=rH=cH +eh=eh译码器的主要任务就是如何从中得到最像e的错误图样e从而译出c=r-e设第讠个是错误的因此e=(00..0第个有错误s=rH=(00…0、100000)00计算出的矢量示出i是出错误的位置。3、生成矩阵概念生成矩阵G,它是一个k行,n列的矩阵若已知信息组m,通过生存矩阵可求得相应的码字。c=mxG(m是k个信息元组成的信息组)这个应该比较容易理解,在此就不做过多解释。、RS码的一些重要性质1、RS码生成多项式:码长n=2”-1,监督元数目r=n-k=2t,能纠正t个错误。Zhengzhou Oriole Xinda Electronic Information Cc., Ltd定义:在(n,k,d)的RS码中,存在唯一的n-k次多项式g(x),使得每一个码多项式c(x)都是g(x)的倍式。g(x)称为n,k,d]RS码的生成多项式一般情况下g(x)=(x-a)(x-a2)…(x-a2)2、定理:在GF(2m)中,每个非0元素(1,a,a2…a22)均满足x2=1,反之x21-1=0的根必在GF(2")中。所以x-1=(x-a)(x-a)x3、RS码的校验多项式由于生成多项式g(x)是x-1的因式g(rh(g(x)为n-k次多项式,则h(x)为k次多项式,k3x+g)hx+…+x+4)由右式可以看出x"1,x2,x的系数均等于0即gg0010h1+g1bo=0g0h+g1h11+…+8nkh2(2k)=0∴.+n-kk-10n-kk式中g0+81h1+…+8nkh1(n=k)(表示X的系数10
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STM32移植到GD32的注意事项
GD32的性价比和稳定性都很高。我更喜欢用GD32.。但不是100%兼容的。需要注意一些细节。2.内部 Flash1)芯片设置读保护用法描述由于GD的Fash是自己的专利技术,STM的Fash是第三方提供的,所以GD的 Flash和STM的Fash有些许差异。GD的擦除时间会长一点解决方法在写完KEY序列以后,需要读该位,确认key已生效。所以,这里应该插入While(! (FLASH->CR &0x200);//Wait OPTWRE或可简单插入两个NOPNOPONOPO在ST库中,只有FLASH Status FLaSH Erase Option Bytes(void)FLaSH Status FlaSH ProgramOption Byte Data(uint32 t Address, uint8 t DataFLASH Status FLASH_ Enable WriteProtectionuint32 t FLASH PagesFLASH Status FLASH ReadOutProtection (Functional State New State)四个函数需要修改。2)IAP在应用中编程描述GD32由于有fash的0访问时序,同SM32在Fash的Ease和 Program上存在差别,GD32的 Erase和 Program时间比STM32的稍微长些建议对 Erase和 Progran时间进行修改解决方法将宏定义井 define erase timeout(luint32 t)OX000B000O)#define ProgramTimeout(uint32_t)ox00002000修改为:#define erasetimeout((uint32_t)OX00OFFFFF#define ProgramTimeout(uint32 t)OxOOOOFFFF备注: Erase和 Program时间宏定义在stm3210 x flash. c源文件中路径: braiesSTM32F10 x Std Periph Driversr)3)用IAR下载配置解决方法在批量牛产的时候首先会烧写一个USB的boot,这个boot自动运行后在由上位机软件进行烧写应用程序。如果boot程序不能自动运行则需要重新插拔次电源。给生产造成一些麻烦。产生不能自动运行程序的原因是如果程序设置读保护的话需要等待 FLASH CR的第9[ OPTWRE]位为1.如果没有置位的话继续执行就会出错。由」ST的执行速度慢,程序执行到读 FLASH CR寄存器的时候该位已经置1,GD的执行速度比较快,程序运行到这的时候该位还没置1,因此需要在 FLASH ReadOut Protection函数里面添加一些轮询该位为1或者加延时3.ISP烧写软件1)ISP烧写,建议使用官方烧写软件性述芯片内部同有区别解决方法建以到下载最新版本的另外也有专门的烧写软件(可以到论坛下毂如果使用自制的软件或脱机编程器,实现和完全兼容,建议修改以下参数。页擦除等待超时时间增加至整片擦除等待超时时间增加至左右字编程等待超时时间增加至,臾编程等笭超时时间增加至I/0日1)I0口外部中断使用方法措述在关闭期间,如果外部引脚有电平的变化,在使用MR打开中断后会马上进入中断服务程序。理论是打开中断前,不管管脚是否有电平的变化,都不会影响到打开后的中断响应。解决方法所以解决方法就是通过禁用上升沿或者下降沿检测寄存器来开关中断,不能使用IMR屏蔽奇存器。程序如下关闭沿检测,以达到关闭中断的目的,下降沿使用寄存器,上升沿使用寄存器2)在待机模式,PA8引脚特殊设置描述在使用低功耗的情况下,PA8会被MCU在内部被设置为地PA8复用为MU内部频率输出,超低功耗设时需要悬空解决方法在待机模式,PA8悬空不用3)低功耗下必须注意描述在使用低功耗情况下,把软件全部端口(AF)时钟关掉,无论是否有该端凵。4)当有脉冲群冲击管脚摧述需要在在进入中断后关闭中断4.定时器1)定时器输入捕获模式需要软件清中断描述sTM定吋时器输入捕获模式默认能硬件清中断,GD为了更加严格要求配置,需要做软件清中断解决方法软件清除标志位2)定时器向上脉冲计数模式设置述定时器的用法差异解决方法脉冲计数模式下,装载值必须设置为比预期值大,否则不计数在ST上如果重载值不设置(初始为0)的时候,CNT可以正常计数。在GD上如果重载值不设置保持初始为0的时候,会因为重载值为零,即便是来一个脉冲也会导致所有的寄存器复位从而不能正常计数。型号GD32F1系列MCUF|ah256B8及以上的型号)3)TIM、ADC模块描述Tmer、ADC模块的触发信号宽度要求解决方法|由于内部有高速和低速两条外围总线,Tmer、ADC模块和其他外设共同使用这两个总线。GD32F103/101系列Fash128KB及以下的型号, Timer、ADC等模块识別触发信号的条件是触发信号宽度大于模块所在总线的时钟宽度5.串口 USART1) USART连续发送数据字节有空闲位带述字节间有空闲位解决方法|对于一般的通讯米说,不会有影响,只对于一般在通讯上有特殊协议的,才会产生数据不准确的情况所以,特定情况,修改程序6.I2C总线1)硬件L2C特殊配置述GD的C相对STM的来说要少一个标志位解决、宏地址定义改交方法2、硬件I2C在会在向从机发送7bits地址完成后,从札还没来得及识别。(看客户应用)我们可以在发送完7bits后加个延时,让从机完全识别I2C Send7bitAddress(I2C1, EEPROM ADDRESS, I2C Direction TransmitterintOfffhile(i --3、检测ADDR不能使用I2 C Checkevent函数,因为他会清除ADR,可以使用I2 C Get FlagStatus函数就是把while(! I2C CheckEvent(I2C1I2C EVENT MASTER TRANSMITTER MODE SELECTED))Ey while(! I2C GetFlagStatus(I2C1, I2C FLAG ADDR))4、还有个关于编程步骤的严谨性,跟STW想比,我们是先 Clcar ack,再 Clear Arrd。7.ADC采集1)ADC采样设置述ADC启动解决方法|分三个方面时写入后,需要等待一段时间,如果用库的话就在 ADC CMD后面加20us左右的延付如果采用中断获得采样数据后,需要软件清除中断。8. SDio1) SDIO DAT3pin的在1 bit bus mode和4 bit bus mode下的配置摧述1、SD|O在1 bit bus mode下,DAT3pin是低电平,这样会导致 SD Card进入SP!模式。原因:初始化失败的原因主要是因为GD32的芯片SDO的DAT3∏存在BUG2、在4位模式下,通过上面的方法,程序能止常初始化,但不能正常读写SD卡原因:因为DAT3∏在前面已经配置成推挽输出,所以在4位模式下,不危正常读下。在调用4位模式前,把DAT3的端凵配置成复用推挽输入即可解决问题解决方法「1、1 bit bus mode的解决方法:建议在使能之前,先把配置成推挽输出,)且要置成高电平,使保持高电平即可2、4 bit bus mode的解决方法:在调用4位模式前,把DAT3的端口配置成复用输出即可解决问题。2)程序在刚烧完后能正常读写SD卡,断电再上电后,SD卡初始化失败,需要手动复位一次后才正常描述在某些SD卡中,GD32断电再上电,会引起SD卡上的时钟信号不正常,导致SD卡发送命令失败。解决方法在程序中,打开时钟后,增加一小段延时,以保证下时钟信号稳定。这个延时添加的地方:在即的配置文件中,然后在这个函数中找到就在这个后面加个延时。10. USBA, USB OTG1)客户使用的原工程时需要注意几点解|1、在中,增加如下图红色字体语句for (1=0; 18; i++) EPli= GetEndPoiNT(i)for(i=0:iregs. HC REGS [num]->HCCHAR, hcchar d3 2)pdev->host hc Status =HC NAK而V2.1.0版本的NAK处理过程如下else if (hcint b nak)if(hcchar b. eptype = EP TYPE_ INTR)UNMASK HOST INT CHH(num)USB OTG HC Halt(pdev, numelse if ((hcchar. b. eptype = EP TYPE CTRL)(hcchar b eptype = EP_ TYPE BULK))A re-activate the channel *hcchar, b chen =1hcchar b chris =0USB OTG WRITE REG32(&pdev->regs. HC REGS [num]->HCCHAR, hcchar d32)pdey->host HC Status [num]=HC_NAKCLEAR HC INT(hcreg, nak)唯一的区别就是 CLEAR HC INT( here,nak)的位置,在Ⅵ1.0.0版本中对于CTRL和BUK端点的NAK中断没有清除NAK,我们的芯片会因此产生多次IN传输的请求,导致数据传输错误。改为V2.1.1的写法后传输正常。(注意 HC Status在V2.1.0是数组,在Ⅵ1.0.0是单个数据,直接拷贝的话要去掉后面的[num])B.USB外设的工作频率有限制摧述有最低工作频率的要求,也就是APB1分频后的时钟必须大于12MHz,比如HCLK为56MHz,APB1的最大分频系数为4,56/4=14MHz,可以正常工作。11 SPI1)输入与输出配置要求(STM32不需要如此要求)解决丨GD32在使用SP时,o的配置必须严格遵守主从模式下的输入与输出配置,而方法STM32无此要求,相关代码如下主机模式下|o配置(主机以SP为例):GPIO InitStructure gPio Mode gPio Mode af plGPIO_ Init Structure GPIo Speed GPlO Speed 50MHzGPIO InitStructure. GPio Pin= GPlO Pin 5 GPIO Pin_ 7;GPIO Init(GPIOA, &GPIO InitstructureGPio Init Structure gPio Mode gPio Mode IN floating:GPio InitStructure gpio Pin gpio pin 6GPIO Init(GPIOA, &GPIO InitStructure)从机模式下o配置(从机以SP2为例)GPIo Init Structure GPio Mode gPlo Mode IN FloatingGPIO InitStructure GPIO Speed= GPl Speed 50MHzGPIO_InitStructure GPIO_ Pin GPIO Pin_13 GPIO_ Pin_15GPIO Init(GPIOB, &GPIO InitStructure)gPio Initstructure gpio mode gpio mode af pp.GPIO InitStructure. GPio Pin= GPIo Pin 14:GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_Initstructure);3)在GD32的SP的时钟信号,空闲状态需要配置成高电平,以保证数据的稳定性,具体代码如下:红色字体代码解决SPI_ InitStructure SPl Direction =SPI_ Direction_ 2Lines fullDuplex;方法SPI InitStructure SPl Mode SPi Mode master.SPI Initstructure SPl Data Size= SPl Data Size 8bSPlInitStructure SPl_CPOL= SPI CPOL HighSPl Initstructure SPl CPHA= SPI CPHA 2EdgeSPI InitStructure SPI NSS= SPI NSS SoftSPI InitStructure SPl BaudRate Prescaler =SPI Baud Rate Prescaler 256:SPI Initstructure, Spi FirstBit= SPI FirstBit MSBSPI InitStructure SPl CRCPolynomial =7;SPl Init(sPl1, &SPl Initstructure);4)当作为从机时,在GD32中,时钟信号必须为8的整数倍。例如:红色字体代码解决SPI_InitStructure SPl_ Direction =SPl_ Direction_ 2Lines_ Full Duplex;方法SPI InitStructure. SPl Mode= SPl Mode MasterSPI InitStructure SPSPi Data Size 8SPl InitStructure SPl CPOL= SPI CPOL High;SPI Init Structure. SPl CPHA SPI CPHA_ 2EdgeSPI Initstructure SPl NSS= SPI NSs SoftSPI Initstructure Spl BaudRatePrescaler= SPl BaudRatePrescaler 256SPI InitStructure. SPl FirstBit= SPl First Bit MSBSPl Initstructure SPl CRCPolynomial =7;SPI Init(SPI1, &SPl InitStructure)5)在GD32中,不能使用SPLS_FLAG_BSY该位来判断SP总线数据是否接收或发送完成12.看门狗1)进入SToP模式前打开看门狗,通过RTc的ALR唤醒后,程序会不断被复位的现像摧述WDG内部有个 Reload信号,KEY奇器写AAA会使其拉高,过段时间自动拉低。在拉底之前进入STOP状态会使 Reload信号一直为高,等到退出SToP后也保持为高,之后再写AAAA没有办法让 Reload产生上升沿,也就没办法更新计数器了解决方法「进STOP之前不要 Reload,也可以调整下程序的顺序,把WwDG的配置放到RIC配置之前,效果是一样的。
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