軟件工程師有一個非常樂觀的壞習慣。這種樂觀情緒通常不僅包括他們對完成特定任務(wù)需要多長時間的計算，還包括他們系統(tǒng)的潛在故障模式。如果它在工作臺上工作，假設(shè)它也將在現(xiàn)場工作，無論該現(xiàn)場是在嘈雜的制造車間還是繞地球運行。不幸的是，這些假設(shè)是樂觀的，其中最大的假設(shè)之一是數(shù)據(jù)始終有效。我曾經(jīng)參與過一個項目，其中來自傳感器的數(shù)據(jù)被破壞，無法驗證傳感器數(shù)據(jù)是否正確。今天的文章將探討嵌入式開發(fā)人員在數(shù)據(jù)完整性方面幾種方法。

提示 #1 – 至少使用奇偶校驗

奇偶校驗是一種數(shù)據(jù)完整性機制，它查看數(shù)據(jù)流中 1 的數(shù)量，然后調(diào)整奇偶校驗位以使 1 的總數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。例如，假設(shè)傳感器傳輸 16 位寬且奇校驗的數(shù)據(jù)消息。其中一位，通常是最低有效位 (LSB) 將用于設(shè)置奇偶校驗。如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)是：

1000 1000 1000 100x

然后為了奇校驗，將 x 設(shè)置為 1，這樣數(shù)據(jù)中有五個 1。如果奇偶校驗是偶數(shù)，那么 x 將被設(shè)置為 0，因為數(shù)據(jù)中已經(jīng)有四個 1。

奇偶校驗適用于檢測單個位翻轉(zhuǎn)。如果零變成一或一變成零，則可以檢測到奇偶校驗錯誤。但是，如果兩個或更多位翻轉(zhuǎn)，則可能無法檢測到錯誤。對于這種情況，需要更強大的技術(shù)。

提示 #2 – 使用校驗和

校驗和是一種算法，旨在檢測數(shù)據(jù)集中自然或隨機發(fā)生的錯誤。通常在一組數(shù)據(jù)上計算校驗和，然后得出數(shù)據(jù)的校驗和。數(shù)據(jù)集通常包含數(shù)據(jù)中的校驗和，因此在計算校驗和時會忽略這些字節(jié)。然后將計算出的校驗和與數(shù)據(jù)附帶的校驗和進行比較，以查看它們是否匹配。

重要的是要認識到并非所有校驗和都相同，并且可以檢測到不同的錯誤。例如，一個校驗和可能能夠檢測到單個位已經(jīng)改變，但不同的校驗和可能能夠檢測幾個位是否同時改變。僅僅因為發(fā)現(xiàn)校驗和匹配并不能保證數(shù)據(jù)中沒有錯誤!校驗和也擅長檢測隨機錯誤，但不一定會檢測到故意更改，例如有人試圖破壞系統(tǒng)。嵌入式開發(fā)人員需要仔細選擇他們選擇用于其應(yīng)用程序的校驗和。

提示 #3 – 使用循環(huán)冗余校驗 (CRC)

CRC實際上是一個校驗和，但它是一種非常特殊的校驗和。CRC 是使用多項式除法計算校驗和的校驗和。可以想象，在嵌入式系統(tǒng)上，尤其是基于微控制器的嵌入式系統(tǒng)上，執(zhí)行多項式除法的計算成本很高!不過，還有一些額外的好處，即 CRC 可以檢測到比簡單校驗和更大范圍的錯誤。CRC 非常有效，以至于許多微控制器供應(yīng)商將包括一個基于硬件的 CRC 計算器，以允許開發(fā)人員有效地使用 CRC。不幸的是，它是否包含在內(nèi)是非常偶然的，因此開發(fā)人員需要仔細閱讀他們的微控制器數(shù)據(jù)表。

結(jié)論

在數(shù)據(jù)收集和分析不斷增長的世界中，嵌入式開發(fā)人員要意識到我們的系統(tǒng)無法信任總線上的每一點數(shù)據(jù)。電磁干擾、宇宙射線和其他來源可能導(dǎo)致位翻轉(zhuǎn)并損壞。如果沒有某種機制來檢測這些位翻轉(zhuǎn)，則可能會對數(shù)據(jù)采取行動，雖然在許多情況下這沒什么大不了的，但有時它可能對系統(tǒng)造成災(zāi)難性影響。我們今天討論的三種技術(shù)簡單且易于實施，并且可以對進出系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)進行簡單的完整性檢查。