UART 数据帧校验方法比较：校验位、CRC 校验

# 1. 校验位、CRC 校验

1. **介绍**

- 1.1 UART 数据传输简介
- UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种串行通信协议，常用于单片机与外部设备的数据传输。它通过发送和接收数据帧来实现设备之间的通信。
- 1.2 数据帧校验的重要性
- 在UART通信中，数据的准确传输对系统的稳定性和可靠性至关重要。为了确保数据的完整性，校验方法成为不可或缺的一环。

现代嵌入式系统中，UART通信在各种应用中广泛使用。校验位和CRC校验是两种常见的校验方法，它们在数据传输过程中起着关键作用。接下来将对这两种校验方法进行详细比较分析。

# 2. 校验位校验方法

校验位校验方法是一种简单而常用的数据帧校验方式，下面将详细介绍校验位校验方法的原理、优缺点等内容。

### 什么是校验位

校验位是指在一个数据帧中额外添加的用于存储校验信息的位。当数据帧传输完成后，接收端会使用校验位来验证数据的完整性。

### 校验位的原理

校验位的原理是通过对数据帧中的数据进行某种算法运算（如奇偶校验），得到一个校验值。发送端将这个校验值附加在数据帧中发送出去，接收端再次计算校验值，若和接收到的校验位不一致，则表明数据出错。

### 校验位的优缺点

校验位方法的优缺点如下：

| 优点 | 缺点 |
|----------------------|----------------------|
| 简单、快速 | 无法检测多个错误 |
| 节省系统资源 | 不能纠正错误 |
| 适用于实时性要求高的系统 | 对数据完整性保护有限 |

### 样例代码演示

下面展示一个简单的奇偶校验位校验的 Python 代码示例：

def calculate_parity(data):
    parity = 0
    for bit in data:
        parity ^= bit
    return parity

def add_parity_bit(data):
    parity = calculate_parity(data)
    return data + [parity]

def check_parity(data):
    return calculate_parity(data[:-1]) == data[-1]

# 示例
data = [1, 0, 1, 1]
data_with_parity = add_parity_bit(data)
print(f"Data with parity bit: {data_with_parity}")
print(f"Parity check passed: {check_parity(data_with_parity)}")

以上代码演示了如何对数据帧进行奇偶校验位处理，并在接收端进行校验的过程。

### 校验位方法总结

校验位校验方法虽然简单快速，但其仅能提供有限的数据完整性保护，无法检测多个错误和进行错误纠正。在一些简单的实时性要求高的系统中，校验位校验仍然是一种常用的方式。

# 3. **CRC 校验方法**

CRC（Cyclic Redundancy Check）校验是一种常见的数据校验方法，通过计算数据的 CRC 校验值来验证数据的完整性，广泛应用于通信领域。下面将详细介绍 CRC 校验方法的原理和应用。

1. **CRC 校验概述**

CRC 校验是一种循环冗余校验方法，通过多项式除法计算出校验值，并将校验值附加到数据帧中。接收端在接收数据时，同样通过计算 CRC 校验值并与接收到的校验值进行比对，从而判断数据是否被篡改。

2. **CRC 校验原理**

下表列出了一个简单的 CRC-8 校验的示例，以便于理解 CRC 校验的计算过程。

| 数据帧 | 11110110 |
|--------|---------|
| CRC 生成多项式 | x^8 + x^2 + x + 1 (0b100000111) |
| 初始值 | 0x00 |
| 最终 CRC 校验值 | 0b11001110 |

def calculate_crc(data, poly, initial_value=0x00):
    crc = initial_value
    for byte in data:
        crc ^= byte
        for _ in range(8):
            if crc & 0x80:
                crc = (crc << 1) ^ poly
            else:
                crc = (crc << 1)
            crc &= 0xFF
    return crc

# 示例数据帧