verilog实现八位数据传输纠错

### 使用Verilog实现8位数据传输纠错

为了确保8位数据在传输过程中能够纠正可能发生的错误，可以采用汉明码(Hamming Code)作为纠错机制。这种编码方式能够在检测到单比特错误的同时对其进行修正。

#### 汉明码原理概述
汉明码是一种线性分组码，在原始信息的基础上增加冗余校验位以形成新的编码序列。对于长度为k的数据字节，通过计算并附加r个奇偶校验位(parity bits)，使得最终得到的n=k+r位二进制串满足特定条件下的距离特性[^2]。

当处理8位数据时，通常会选择(12, 8)汉明码方案，即每组有效载荷由8位组成，并额外附带4个用于检错/纠错目的的监督位(P0~P3)。

#### Verilog代码实现

下面展示了一个简单的基于上述原则设计的8位输入端口带有自动纠错功能的模块：

module hamming_encoder (
    input wire [7:0] data_in,
    output reg [11:0] encoded_data
);
always @(*) begin
    // 计算四个Parity Bits P0-P3
    encoded_data[0] = ^{data_in[7], data_in[5], data_in[3], data_in[1]};
    encoded_data[1] = ^{data_in[6], data_in[5], data_in[3], data_in[0]};
    encoded_data[2] = ^{data_in[6], data_in[4], data_in[3], data_in[2]};
    encoded_data[3] = ^{data_in[7], data_in[6], data_in[5], data_in[4]};
    
    // 将Data In与Parity Bits组合成Encoded Data Out
    {encoded_data[11:4]} = {data_in};
end
endmodule


// Decoder module with error correction capability.
module hamming_decoder(
    input wire [11:0] received_code,
    output reg [7:0] corrected_data_out,
    output reg err_detected
);

reg syndrome;
integer i;

assign syndrome = ^received_code; 

initial begin
    err_detected = 0;
    case(syndrome)
        4'b0000 : ; // No Error Detected
        
        default :
            for(i=0;i<12;i=i+1)begin
                if(received_code[i]) begin
                    err_detected = 1;
                    
                    // Correct the erroneous bit position based on Syndrome value
                    received_code[i] =~ received_code[i];
                    
                    break;
                end
            end
    endcase
    
    // Extract original message from corrected code word
    corrected_data_out = received_code[11:4];
end
endmodule

此示例展示了如何利用两个独立的功能块——`hamming_encoder` 和 `hamming_decoder` 来完成整个过程：前者负责将未经保护的信息转换为含有多重校验位的形式；后者则接收这些经过潜在干扰影响后的信号流，并尝试识别任何存在的偏差进而实施必要的修复措施。