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Simulink建模：CRC校验模型-创新互联

本文研究CRC校验的Simulink模型及其代码生成。

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  • 1 CRC校验
  • 2 C代码形式
  • 3 Matlab/Simulink建模及代码生成
    • 3.1 Matlab Function建模
    • 3.2 For Iteration子系统建模
  • 4 总结与思考

1 CRC校验

在汽车软件开发中，CRC校验常用于CAN通信中。通常将某个CAN报文中的数据通过生成CRC8校验码，将此校验码和数据打包到一个CAN报文中一起发送。这样的话，接收报文的节点就会判定校验码是否正确，以判断传输的过程是否正确。

本文以CRC校验中的CRC8为例，研究该算法的Matlab/Simulink建模过程。另外，网上有个便捷的小工具可以用于在线计算CRC：http://www.ip33.com/crc.html。

2 C代码形式

关于CRC的理解和代码，在网上有很多。其C代码如下：

#define FACTOR (0x107 & 0xFF) //多项式因子(取低8bit)
uint8_t calcCRC8(uint8_t *pbuf, uint8_t len)
{uint8_t i;
    uint8_t crc8 = 0x00;
    while(len--)
	{crc8 ^= (*pbuf++);    //前一字节计算CRC后的结果异或上后一字节，再次计算CRC
        for (i=0; i<8; i++)
        {if (crc8 & 0x80)  //高位为1时需要异或；否则不需要
            {crc8 = (crc8<< 1) ^ FACTOR;  //多项式最高位为1，与数据高位1异或为0，所以数据左移一位后与多项式低8位异或即可
            }
            else
            {	crc8 = (crc8<< 1);
			}
        }
    }
 
    return crc8;
}

从代码中可以看出，函数的入口参数是一个uint8的指针，以及长度参数。函数中会循环每一个字节，对其进行异或预算，最终返回crc8的值。

接下来，本文会通过Matlab/Simulink搭建CRC8的算法，并与C代码进行比较。

3 Matlab/Simulink建模及代码生成 3.1 Matlab Function建模

m语言和C语言很相似，所以可以通过m语言将算法写一遍，再嵌入到Matlab Function中，就可以再模型中实现CRC8。

1）新建立一个Matlab Function，配置输入参数为 arr 和 len，分别代表数组和长度。
在这里插入图片描述
2）在Matlab Function中模仿C语言形式，编写m语言的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不支持指针，所以第一个参数arr为数组（但是可以不定义数组长度，而是继承外面输入的数组长度），第二个参数为len。

在M语言中，异或运算符为bitxor(a,b)，这点和C语言不同。

3）保存好Matlab Function之后，用常数简单测一下；
在这里插入图片描述
输入常数为0x2C，输出CRC8校验码为0xC4，说明算法没问题。

4）接下来，把输入输出替换成port，尝试生成代码；
在这里插入图片描述
这里，Inport1和Inport3分别设置为长度为1的单变量和长度为2的数组，是为了测试同样的CRC校验算法的Matlab Function在不同长度输入的情况下，会如何表现；

5）将两个Matlab Function都配置成原子子系统，Ctrl + B生成代码如下；
在这里插入图片描述
这里由于传参的长度不同，分别生成了两个函数。第一个函数的第一个参数是uint8 变量，第二个函数的第一个参数是uint8类型数组。

这里博主认为是Matlab代码生成工具比较格式化，必须在生成代码之前就分析好函数的参数类型等信息，然后生成固定的传参形式，而无法生成指针这样灵活的参数。这样就导致了在C语言中一个函数就搞定的CRC8算法，生成了两遍，占用了芯片Flash资源。

3.2 For Iteration子系统建模

Simulink中也可以通过For Iteration子系统实现类似于C语言中的for循环，方法如下：

1）首先新建一个for循环子系统，arr端口设为长度为2的数组；
在这里插入图片描述
2）在该层for循环子系统中，对应着对每个字节的循环处理，也即上文中while的循环；

在这里插入图片描述
其中，子系统中嵌套了另一个子系统，对应于C函数中的第二层循环 for (i=0; i<8; i++) ；

需要注意的是，该层中的selector模块用于挑选出数组中某个索引的元素，而且必须明确数组的长度。这就导致了不同长度的数组无法通用该模型。

在这里插入图片描述

3）第二层循环中如下所示；
在这里插入图片描述
这里建模有点复杂，远没有C代码那么简洁。而且也没必要再生成代码了，因为生成的代码更加复杂。而且不同长度的数组必定要生成不同的函数，甚至在模型层面都无法通用。

4 总结与思考

本文研究CRC校验的Simulink模型及其代码生成，博主认为通过这个例子可以看出，CRC校验算法不适合用Simulink建模生成代码，原因如下：

1）Simulink对指针的支持不够好
通过常规的建模方式，Simulink难以生成灵活的指针操作。或许Simulink可以通过一些配置，例如修改S Function或者TLC语言生成指针，但是那样做实在太麻烦了，没必要花精力钻研工程软件的底层实现。

2）处理循环和数组比较麻烦
在3.2的例子中，Simulink模型的for子系统远不如C语言中的for循环那样易读，对于数组的处理也不够直观。

CRC校验在软件开发中更加属于底层软件，而不是应用层软件。所以直接通过C语言实现或许是更好的选择。博主依然尝试用Simulink的两种方式实现，是希望通过实践更加直观地对比出不同方式地优劣。

其实很多软件需求，都不适合用Simulink生成代码的方式完成（例如自动驾驶感知规划），需要根据需求和工具的特点灵活选取软件工具。

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