2024年6月13日发(作者：楚夏岚)
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计算机与现代化
２Ｏ０６年第８期
删ＡＮＪＩ ＹＵ ＸＩＡＮＤＡＩＨＵＡ 第１３２期
文章编号：１００６－２４７５（２００６）０８．００７４－０３
串行通信系统中一种综合容错技术的研究
孙志卓，吕文志，任传成
（德州学院计算机系，山东德州 ２５３０００）
摘要：数据传送的准确性和连贯性是串行通信系统的重要性能指标，通常采用一定的容错技术，广泛使用的有奇偶校验、
ＣＲＣ校验和海明码校验等，但奇偶校验无法检验出偶数个码元出错，ＣＲＣ－４校验只能检错２住或纠错ｌ住。通过综合运
用奇偶校验和ＣＲＣ－４校验，提出一种综合容错技术，能够纠错ｌ位和检错２住、检错４住、检错２．７％的３位码元错。
关键词：串行通信；容错技术；奇偶校验；ＣＲＣ校验
中图分类号：ＴＰ３９３；ＴＮ９１９ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＳＵＮ Ｚｈｉ—ｚｈｕｏ。ＬＵ Ｗｅｎ—ｚｈｉ，ＲＥＮ Ｃｈｕａｎ—ｃｈｅｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＤｅｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｚｈｏｕ２５３０２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｉｌｓ［１＂ｌｔ￣：Ｎｉｃｅｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｅｆｆｏｍｍｒｗ￣ｉｎｄｅｘｅｓｉｎ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｕａｌｌｙ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｒｒｏｒ－
ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｌｅ ｐａｎｔｙ ｃｈｅｃｋ，ＣＲＣ，ｋ唧 ｎｇ ｃｏｄｅ ｃｈｅｃｋ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｂｕｔ ｐａｒ￣：ｃｈｅｃｋ ｃａｎ’ｔ ｃｈｅｃｋｏｕｔ
ｅｖｅｎ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ，ＣＲＣ４ ｃａｎ ｏｎｌｙ ｃｈｅｃｋｏｕｔ ２ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ ｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔ １ ｃｏｄｅ ｂｉｔ．Ｂｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ａｎｄ ＣＲＣ－４，ａ
ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｒＩ ｃ０ｒｒＥ｝ｃｔ １ ｃｏｄｅ ｂｉｔ ａｎｄ ｃｈｅｃｋｏｕｔ ２ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ ４ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ．２．７％０ｆ ａｌｌ ３ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ
ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｔｙ ｃｈｅｃｋ；ＣＲＣ
０引 言
都会使数据堵塞，信道不畅。这就要求串行通信系统
同时具有较强的检错和纠错能力。
分布式测控系统在工业生产得到了广泛应用，从
鉴于以上隋况，通过对以上两种方案的综合运用，提
机负责现场控制和实时数据采集，主机负责分析、处
出了一种简单高效的容错技术，该方法能够纠错１位和检
理从机发来的数据，并向从机发布命令，以实现对现
错２位、检错４位、检错２．７％的３位码元错。
场的集中监控和管理。目前，主机与从机之间的通讯
方式主要采用异步串行通信，由于许多工业现场的工
１综合容错技术原理
况比较恶劣，传输距离通常较长以及其他各种干扰因
１．１ 发送、接收数据帧的形成
素，传输数据会产生一定的误码，需要对传输数据进
发送数据帧生成过程：设发送端欲发送的数据帧
行校验。目前多采用奇偶校验，但奇偶校验无法检验 Ｔｌ为ｂＩｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ １）７ｂ８。（１）对ｒｒｌ进行偶（奇）校验，形
出偶数传输码元出错，由于不能纠正误码，检验出错
成数据帧Ｔ２，设添加的校验位为１）９，则Ｔ２可表示为
时只有舍弃；ＣＣＩＴｒ推荐的ＣＲＣ－４方案，其生成多项
ｂｌｂ２ｂ３ｂｏｂ５ １）７ｂｓｂ９。（２）利用生成多项式ｇ（ｘ）＝Ｘ４＋ｘ
式ｇ（ｘ）：ｘ ＋ｘ＋１，冗余项为４位，最多可检测１１位
（不包括冗余项）…，比较适合在串行通信系统应用，
＋１对Ｔ２进行ＣＲＣ校验编码，设形成的数据帧为 ，
添加的ＣＲＣ冗余码为ｈｉ０ｂ１１ｂ１２ｂ１３，则Ｔ３可表示为
按这种方案编码的码距为３…，根据纠错理论，只能
检错２位或纠错１位［ ，由于不能准确判断是２位错
ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ １）７ｂ８ｂｇｂｌ０ｂｌｌ ｂｌ２ ｂｌ３。（３）对ｂｌｏ ｂｌｌ ｂｌ２ ｂｌ３偶
还是１位错，从安全角度考虑，也只能舍弃。
（奇）校验，令添加的校验位为ｂ…形成数据帧Ｔ４，则
对于存在一定误码率的信道，上述两种舍弃策略
１＂４石］表不为ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６１）７ｂｓｂｇｂｌｏｂｎｂｌ２ｂｌ３ｂｌ４，这时，Ｔ４
即为待发送的数据帧。由于串行通信以字节为发送
收稿日期：２００５．０９－２７
作者简介：孙志卓（１９ｒ７３・），男，吉林伊通人，德州学院计算机系讲师，硕士，研究方向：计算机测量与控制：吕文志（￣９６６－），男，
山东德州人，副教授，硕士，研究方向：计算机应用：任传成（１９７２．），男，山东淄博人，讲师，硕士，研究方向：计算机应用。
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２Ｏ０６年第８期 孙志卓等：串行通信系统中一种综合容错技术的研究 ７５
单位，对Ｔ４的低位补０，凑成２个字节，即数据字节
ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６１）７ｂ８和校验字节ｂｇｂｌｏｂｌｌｂ１２ｂ１３ｂ１４００。
接收数据帧校验过程：设接收端接收到的每两个
字节组成数据帧 。（１）对 的高１３位即Ｒ３进行
ＣＲＣ校验，记录校验结果。（２）对Ｒ４的高９位即Ｒ２
程序和解码子程序，若通信方为单片机，各类单片机
汇编语言大多有丰富的位操作指令，实现上述编码和
解码子程序较容易；若通信方是８０ｘ８６ ＣＰＵ的微机，
在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下，可使用ＶＣ＋＋和汇编语言混
合编程，编码和解码纠错子程序主体用８０ｘ８６汇编语
进行偶（奇）校验，记录下校验结果。（３）对 的ｂｌ０
ｂ１１ｂ１２ｂ１３ｂ１４即Ｒ１进行偶（奇）校验，记录校验结果。
通过对校验结果的综合判断，可作出相应的容错
处理，其判断法则如图１所示。
图１综合容错技术判断法则
１．２综合容错技术原理分析
如图１，对 进行ＣＲＣ校验，因为ＣＲＣ－４校验可
以１００％地检测出所有奇数个随机错误和长度小于
等于４的突发错误 ３。１Ｙ：如果ＣＲＣ校验正确，可以
认为Ｒ 正确。１Ｎ：如果ＣＲＣ校验错误，说明 （
包含Ｒ ）至少有１位、２位或４位码元出错（不讨论其
他位数码元错），此时，由Ｒ２和Ｒ１偶（奇）校验的不同
结果，组成４个判断分支：１Ｎ２Ｙ３Ｙ分支，如果Ｒ２、Ｒｌ
校验正确：说明有２位或４位码元错，２位错时，出错
的２位码元在Ｒ２中或在Ｒ１中，４位错时，出错的４位
码元在Ｒ２和Ｒ１中各２位，丢弃数据；１Ｎ２Ｎ３Ｙ分支，
校验Ｒ２错误Ｒ１正确，表明Ｒ２有１位误码，Ｒ１正确，
根据ＣＲＣ校验所得的余数，如表１所示，进行１位纠
错；１Ｎ２Ｎ３Ｎ分支，校验Ｒ２错误且Ｒ１错误，表明Ｒ２、
Ｒ，各有奇数位误码，无法纠正，舍弃。
表１对应Ｇ（ｘ）＝１００１１的（１３，９，４）的出售模式
余数 错位 Ｒ（ｘ） 错位 Ｒ（ｘ） 错位
Ｏ００ｌ ｌ ０ｏｌ０ ２ ０ｌ０ｏ ３
ｌＯ００ ４ ０ｏｌｌ ５ ０ｌｌ０ ６
ｌｌ０ｏ ７ １０１ｌ ８ ０１０１ ９
１０１０ ｌ０ ０ｌｌｌ ｌｌ ｌｌ１０ ｌ２
ｌｌｌｌ ｌ３ ００００ 无
１Ｎ２Ｙ３Ｎ分支，校验Ｒ２正确Ｒｌ错误，表明Ｒ２正
确，Ｒｌ有１位误码或３位误码（占所有３位误码的
ｃ］／ｃ￣４＝２．７％），此时接收数据字节。
根据以上分析，上述编码能够检错并纠错１位码
元错和检错２位码元错、４位码元错、２．７％的３位码
元错。
２综合容错技术实现
通常情况，可用软件实现上述容错策略的编码子
言编程，不仅操作方便，且目标程序短小（编码和解码
纠错子程序分别由３１条、４８条汇编指令构成），子程
序都写成内联函数形式，可进一步提高程序的运行速
度，使之能更好满足动态编码、解码纠错要求。
编码、解码纠错子程序主要包括：ＣＲＣ校验纠错、
奇偶校验部分，ＣＲＣ校验纠错可采用Ｐｅｔｅｒｓｏｎ和
Ｂｒｏｗｎ提出的移位寄存器算法Ｌ４ｊ实现，奇偶校验通过
各校验位累加，累加和最低位即为生成校验位。
限于篇幅，只给出了解码子程序，入口参数为收
到数据字节的引用和校验字节，子程序返回校验标志
字节，如果标志为ＦＦ，说明有２、４或２．７％的３位码
元错，放弃接收；标志为Ｏ，说明接收正确或已进行了
１位纠错，接收数据字节。编码子程序与解码纠错子
程序结构相近。
／／解码子程序
ｉｎｌｉｎｅ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｄｅｃｏｄｅ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ＆ＤａｔｅＢｙｔｅ，ａｎ－
ｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＣｈｅｃｋＢｙｔｅ）
｛ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎａ妄：０；／／设置正确标志
．
ａｓｍ｛ｍｏｖ ｅｂｘ，ＤａｔｅＢｙｔｅ；／／接收数据帧Ｒ４送入ａＸ
ｍｏｖ ａｈ，ｂｙｔｅ ｐｔｒ［ｅｂｘ］
ｍｏｖ ａ１．ＣｈｅｃｋＢｙｔｅ
ｍｏｖ ｄｘ，ａｘ；／／寄存器ｄ】ｃ备份Ｒ４
ｍｏｖ ｅｘ，９；／／对ａ】【的高１３位即Ｒ３进行ＣＲＣ校验
ｃｒｃ：ｓｈｌ ａｘ．１
扣ｃ ｌｏｏｐｌ
ｘｏｒ ａｈ，０ｘ３０
ｌｏｏｐｌ：ｌｏｏｐ ｃｒｃ；／／ａｈ高４位为生成ＣＲＣ校验位
ｍｏｖ ｂｈ，ａｈ；／／生成ＣＲＣ校验位ｂｈ的高４位
ｍｏｖ ａ】【，ｄｘ；／／寄存器ａ】【赋初值Ｒ４
ｍｏｖ ｅｘ，９；／／ｘ，￣Ｒ２偶校验，ｅｘ，为循环初值
ｍｏｖ ｂｌ，０；／／ｂｌ赋累加和初值
ｐ￣ｉｔｙｌ：ｓｈｌ ａ】【，１；／／各校验位累加
ｊＲｅ ｌｏｏｐ２
ｉｎｃ ｂｌ
ｌｏ０ｐ２：ｌｏｏｐ ｐａｎ￣ｌ
ｒｃＩ－ｂｌ，１；／／ｂｌ最低位为生成偶校验位ｌ
ｒｃｌ ａｌ，ｌ；／／偶校验位ｌ存入ａｌ的最低位
ｍｏｖ ｃｘ，５；／／ｘ，￣Ｒ１进行偶校验
ｍｏｖ ｂｌ，０；／／ｂｌ赋累加和初值
ｐａｒｉｔｙ２：ｓｈｌ ａｈ，１；／／各校验位累加
ｊｎｅ ｌｏｏｐ３
ｉｎｃ ｂｌ
ｌｏｏｐ３：ｌｏｏｐ ｐ ｔｙ２
ｒｃＩ－ｂｌ，１；／／ｂｌｌ的最低位为偶校验位２
ｒｃｌ ａｌ，１；／／偶校验位１、偶校验位２存于ａｌ低２位
ａｎｄ ｂｈ，ＯｆＯｈ；／／￣ＢＩ断ＣＲＣ校验是否正确
ｊｚ ｉ￣ｇｈｔ
ｅｍｐ ａｌ，０１ｈ；／／ＣＲＣ校验不正确，判断是否为ｌｂ２Ｙ３Ｎ分支
ｊｚ ｔｉｇｈｔ；／／是，说明Ｒ２正确
ｃｍｐ ａｌ，０２ｈ；／／判断是否为１Ｎ２Ｎ３Ｙ分支
ｊｎｚ ｅｒｒｏｒ；／／不是，说明２位错或４位错
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７６ 计算机与现代化 ２００６年第８期
表２不同校验方法效果对比表
每发送２００字节收到字节
ｍｏｖ ｃｌ，Ｏ；／／是，说明１位错，ＣＲＣ纠错
ｌｏｏｐ４：ｃｍｐ ｂｈ，０ｉＯｈ
ｊｚ ｃｏｒｒｅｃｔ
ｓｈｌ ｂｈ，１
校验方式
有效码 误码
ｊｎｃ ｓｈｉｆｔ
ｘｏｒ ｂｈ，Ｏｘ３０
．
奇偶校验
ＣＲＣ－４校验
１２６个
５１．３个
１２．６个
约为０个
ｓｈｉｆｔ：ｒｏｌ ｄｘ，１
ｉｎｃ ｃｌ
综合容错法 ８４、７个 ２．５６个
ｊｍｐｌｏｏｐ４
ｃｏｒｒｅｃｔ：ｂｔｃ ｄｘ，１５
ｌ＇ｏｒ ｄｘ，ｃｌ；／／数据纠错后存于寄存器ｄ）【
ｒｉｇｈｔ：ｍｏｖ ｅｂｘ，ＤａｔｅＢｙｔｅ
ｉｎｏｖ ｂｙｔｅ ｐｔｒ［ｅｂｘ］，ｄｈ；／／引用地址中写入正确数据
ｊｍｐ ｅｘｉｔ
ｅｒｒｏｒ：ｍｏｖ玎ａｇ，ＯｘＦＦ；／／￣：置两位错标志
｝
表２中，有效码是指所接收数据帧除去各附加校验位
后得到的字节。由于奇偶校验位可由硬件自动添加，１个
字节即组成一帧数据，其余两种均需由２个字节构成一帧
数据。比饺３种校验方法，得综合校验技术兼顾了速度和
准确度两个互相对立的指标，适合那些对速度和准确度都
有—定要求的串行通信系统。
参考文献：
ｅｘｉｔ：Ｉ￣ｔｕｌＴＩ（ｎａｇ）；／／返回两位错标志
｝
［１］ 王爱英．计算机组成与结构［Ｍ］、北京：清华大学出版
社，２００２．
３不同校验方法效果对比
表２给出了综合容错技术与奇偶校验、ＣＲＣ－４校
验的各项指标，对比结果是在信道的误码率为５％，
各位码元的出错概率相互独立的条件下获得的。
坐 业 坐
［２］ 王新梅，肖国镇．纠错码——原理与方法［Ｍ］、西安：西
安电子科技大学出版社。２００１．
［３］ 武坤，王利民，罗进．ＣＲＣ校验中信息段超长软处理解
决方案［Ｊ］．计算机工程与应用，２００１，４０（２６）：８７～８８．
［４］ 井海明，高占凤．用ＶＨＤＬ设计ＣＲＣ发生器和校验器
［Ｊ］．中国有线电视，２００４（３）：６０～６１、
坐坐 坐 坐 坐
（上接第７３页）同一虚拟路由集群的组成单元，并各
址作为原地址，并主动接收发往失败路由器虚拟
自在其自己的集群内设置成主路由器，而在其它集群
ＭＡＣ地址的ＩＩ）数据，并转发到相应的目的地。
设置成备份路由器。路由器Ａ配置成自己的ＩＩ）地址
２．当ＳＳＲ路由器恢复后会发生什么？
和虚拟ＭＡＣ地址，同时配置成认知路由器Ｂ的ＩＩ）地
如果ＳＳＲ Ｂ恢复了，它会通知它自己和ＳＳＲ Ａ．
址和虚拟ＭＡＣ地址。同样，路由器Ｂ配置成自己的
让其停止模仿它的工作，从此ＳＳＲ Ｂ会用它自己的
ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地址，同时配置成认知路由器Ａ
ＭＡＣ地址响应ＡＲＰ请求，两个路由器同时对信息包
的ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地址。
进行路由。ＳＳＲ Ｂ恢复响应和主路由器停止使用它
在这个案例里，ＳＳＲ Ａ被选为主路由器，相应地
的虚拟地址之间只是一短暂的间隔。在这短暂的时
ＳＳＲ Ｂ被选为备份路由器。两个路由器都能够应对
间内，数据包有可能被丢失或复制，通常情况下．ＴＣＰ
主机１、２、３通过其虚拟ＭＡＣ地址发来的ＡＲＰ请求，
传输协议能够保证端对端的数据恢复。
两个主机也都能对ＩＩ）主机１、２、３的流量作路由。
２虚拟路由集群技术实施结果
１．如果一个ＳＳＲ路由器失败会发生什么？
３结束语
通常，在一个系统中使用ＲＩＰ和ＯＳＰＦ去检测一
个故障，需要数分钟（甚至可能检测不到）。但在ＳＳＲ
冲配置好路由后使用Ｖ砒 配置一定数量的虚拟路
由集群可在５秒钟内检测和确认一个故障，并且可迅
速以新的路由取代。这种识别和在故障周围重路由
的能力大大改善了骨干网络应用的故障复原能力。
在ＣＩＳＣＯ的路由交换机上，可用热路由备份（ＨＲＶＰ）
方法实现，在其它产品上也大多有实现的办法。
参考文献：
［１］［美］普兹马诺瓦．路由与交换［Ｍ］．黄永峰，等译
北京：
人民邮电出版社．２００４．
［２］［美］ＲａｊｋｕｊＩｌａｒ Ｂｕｙｙａ．高性能集群计算［Ｍ］．郑纬民，等
译．北京：电子工业出版社，２００１．
．
图４路由器Ｂ失效后虚拟集群工作示意图
假设ＳＳＲ Ｂ由于其所连接的局域网断路或其串
口模块电路坏掉，如图４所示，ＳＳＲ Ａ迅速发现ＳＳＲ Ｂ
失败，并且快速取得ＳＳＲ Ｂ的ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地
址，ＳＳＲ Ａ现在开始主动对发到失败路由器ＳＳＲ Ｂ的
ＡＲＰ请求作出响应，取得失败路由器的虚拟ＭＡＣ地
2024年6月13日发(作者：楚夏岚)
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计算机与现代化
２Ｏ０６年第８期
删ＡＮＪＩ ＹＵ ＸＩＡＮＤＡＩＨＵＡ 第１３２期
文章编号：１００６－２４７５（２００６）０８．００７４－０３
串行通信系统中一种综合容错技术的研究
孙志卓，吕文志，任传成
（德州学院计算机系，山东德州 ２５３０００）
摘要：数据传送的准确性和连贯性是串行通信系统的重要性能指标，通常采用一定的容错技术，广泛使用的有奇偶校验、
ＣＲＣ校验和海明码校验等，但奇偶校验无法检验出偶数个码元出错，ＣＲＣ－４校验只能检错２住或纠错ｌ住。通过综合运
用奇偶校验和ＣＲＣ－４校验，提出一种综合容错技术，能够纠错ｌ位和检错２住、检错４住、检错２．７％的３位码元错。
关键词：串行通信；容错技术；奇偶校验；ＣＲＣ校验
中图分类号：ＴＰ３９３；ＴＮ９１９ 文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＳＵＮ Ｚｈｉ—ｚｈｕｏ。ＬＵ Ｗｅｎ—ｚｈｉ，ＲＥＮ Ｃｈｕａｎ—ｃｈｅｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＤｅｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｚｈｏｕ２５３０２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｉｌｓ［１＂ｌｔ￣：Ｎｉｃｅｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｏｆｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｅｆｆｏｍｍｒｗ￣ｉｎｄｅｘｅｓｉｎ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｕａｌｌｙ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｒｒｏｒ－
ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｌｅ ｐａｎｔｙ ｃｈｅｃｋ，ＣＲＣ，ｋ唧 ｎｇ ｃｏｄｅ ｃｈｅｃｋ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｂｕｔ ｐａｒ￣：ｃｈｅｃｋ ｃａｎ’ｔ ｃｈｅｃｋｏｕｔ
ｅｖｅｎ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ，ＣＲＣ４ ｃａｎ ｏｎｌｙ ｃｈｅｃｋｏｕｔ ２ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ ｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔ １ ｃｏｄｅ ｂｉｔ．Ｂｙ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ａｎｄ ＣＲＣ－４，ａ
ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｒＩ ｃ０ｒｒＥ｝ｃｔ １ ｃｏｄｅ ｂｉｔ ａｎｄ ｃｈｅｃｋｏｕｔ ２ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ ４ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ ｅｒｒｏｒ．２．７％０ｆ ａｌｌ ３ ｃｏｄｅ ｂｉｔｓ
ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｅｒｒｏｒ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｔｙ ｃｈｅｃｋ；ＣＲＣ
０引 言
都会使数据堵塞，信道不畅。这就要求串行通信系统
同时具有较强的检错和纠错能力。
分布式测控系统在工业生产得到了广泛应用，从
鉴于以上隋况，通过对以上两种方案的综合运用，提
机负责现场控制和实时数据采集，主机负责分析、处
出了一种简单高效的容错技术，该方法能够纠错１位和检
理从机发来的数据，并向从机发布命令，以实现对现
错２位、检错４位、检错２．７％的３位码元错。
场的集中监控和管理。目前，主机与从机之间的通讯
方式主要采用异步串行通信，由于许多工业现场的工
１综合容错技术原理
况比较恶劣，传输距离通常较长以及其他各种干扰因
１．１ 发送、接收数据帧的形成
素，传输数据会产生一定的误码，需要对传输数据进
发送数据帧生成过程：设发送端欲发送的数据帧
行校验。目前多采用奇偶校验，但奇偶校验无法检验 Ｔｌ为ｂＩｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ １）７ｂ８。（１）对ｒｒｌ进行偶（奇）校验，形
出偶数传输码元出错，由于不能纠正误码，检验出错
成数据帧Ｔ２，设添加的校验位为１）９，则Ｔ２可表示为
时只有舍弃；ＣＣＩＴｒ推荐的ＣＲＣ－４方案，其生成多项
ｂｌｂ２ｂ３ｂｏｂ５ １）７ｂｓｂ９。（２）利用生成多项式ｇ（ｘ）＝Ｘ４＋ｘ
式ｇ（ｘ）：ｘ ＋ｘ＋１，冗余项为４位，最多可检测１１位
（不包括冗余项）…，比较适合在串行通信系统应用，
＋１对Ｔ２进行ＣＲＣ校验编码，设形成的数据帧为 ，
添加的ＣＲＣ冗余码为ｈｉ０ｂ１１ｂ１２ｂ１３，则Ｔ３可表示为
按这种方案编码的码距为３…，根据纠错理论，只能
检错２位或纠错１位［ ，由于不能准确判断是２位错
ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ １）７ｂ８ｂｇｂｌ０ｂｌｌ ｂｌ２ ｂｌ３。（３）对ｂｌｏ ｂｌｌ ｂｌ２ ｂｌ３偶
还是１位错，从安全角度考虑，也只能舍弃。
（奇）校验，令添加的校验位为ｂ…形成数据帧Ｔ４，则
对于存在一定误码率的信道，上述两种舍弃策略
１＂４石］表不为ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６１）７ｂｓｂｇｂｌｏｂｎｂｌ２ｂｌ３ｂｌ４，这时，Ｔ４
即为待发送的数据帧。由于串行通信以字节为发送
收稿日期：２００５．０９－２７
作者简介：孙志卓（１９ｒ７３・），男，吉林伊通人，德州学院计算机系讲师，硕士，研究方向：计算机测量与控制：吕文志（￣９６６－），男，
山东德州人，副教授，硕士，研究方向：计算机应用：任传成（１９７２．），男，山东淄博人，讲师，硕士，研究方向：计算机应用。
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２Ｏ０６年第８期 孙志卓等：串行通信系统中一种综合容错技术的研究 ７５
单位，对Ｔ４的低位补０，凑成２个字节，即数据字节
ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５ｂ６１）７ｂ８和校验字节ｂｇｂｌｏｂｌｌｂ１２ｂ１３ｂ１４００。
接收数据帧校验过程：设接收端接收到的每两个
字节组成数据帧 。（１）对 的高１３位即Ｒ３进行
ＣＲＣ校验，记录校验结果。（２）对Ｒ４的高９位即Ｒ２
程序和解码子程序，若通信方为单片机，各类单片机
汇编语言大多有丰富的位操作指令，实现上述编码和
解码子程序较容易；若通信方是８０ｘ８６ ＣＰＵ的微机，
在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下，可使用ＶＣ＋＋和汇编语言混
合编程，编码和解码纠错子程序主体用８０ｘ８６汇编语
进行偶（奇）校验，记录下校验结果。（３）对 的ｂｌ０
ｂ１１ｂ１２ｂ１３ｂ１４即Ｒ１进行偶（奇）校验，记录校验结果。
通过对校验结果的综合判断，可作出相应的容错
处理，其判断法则如图１所示。
图１综合容错技术判断法则
１．２综合容错技术原理分析
如图１，对 进行ＣＲＣ校验，因为ＣＲＣ－４校验可
以１００％地检测出所有奇数个随机错误和长度小于
等于４的突发错误 ３。１Ｙ：如果ＣＲＣ校验正确，可以
认为Ｒ 正确。１Ｎ：如果ＣＲＣ校验错误，说明 （
包含Ｒ ）至少有１位、２位或４位码元出错（不讨论其
他位数码元错），此时，由Ｒ２和Ｒ１偶（奇）校验的不同
结果，组成４个判断分支：１Ｎ２Ｙ３Ｙ分支，如果Ｒ２、Ｒｌ
校验正确：说明有２位或４位码元错，２位错时，出错
的２位码元在Ｒ２中或在Ｒ１中，４位错时，出错的４位
码元在Ｒ２和Ｒ１中各２位，丢弃数据；１Ｎ２Ｎ３Ｙ分支，
校验Ｒ２错误Ｒ１正确，表明Ｒ２有１位误码，Ｒ１正确，
根据ＣＲＣ校验所得的余数，如表１所示，进行１位纠
错；１Ｎ２Ｎ３Ｎ分支，校验Ｒ２错误且Ｒ１错误，表明Ｒ２、
Ｒ，各有奇数位误码，无法纠正，舍弃。
表１对应Ｇ（ｘ）＝１００１１的（１３，９，４）的出售模式
余数 错位 Ｒ（ｘ） 错位 Ｒ（ｘ） 错位
Ｏ００ｌ ｌ ０ｏｌ０ ２ ０ｌ０ｏ ３
ｌＯ００ ４ ０ｏｌｌ ５ ０ｌｌ０ ６
ｌｌ０ｏ ７ １０１ｌ ８ ０１０１ ９
１０１０ ｌ０ ０ｌｌｌ ｌｌ ｌｌ１０ ｌ２
ｌｌｌｌ ｌ３ ００００ 无
１Ｎ２Ｙ３Ｎ分支，校验Ｒ２正确Ｒｌ错误，表明Ｒ２正
确，Ｒｌ有１位误码或３位误码（占所有３位误码的
ｃ］／ｃ￣４＝２．７％），此时接收数据字节。
根据以上分析，上述编码能够检错并纠错１位码
元错和检错２位码元错、４位码元错、２．７％的３位码
元错。
２综合容错技术实现
通常情况，可用软件实现上述容错策略的编码子
言编程，不仅操作方便，且目标程序短小（编码和解码
纠错子程序分别由３１条、４８条汇编指令构成），子程
序都写成内联函数形式，可进一步提高程序的运行速
度，使之能更好满足动态编码、解码纠错要求。
编码、解码纠错子程序主要包括：ＣＲＣ校验纠错、
奇偶校验部分，ＣＲＣ校验纠错可采用Ｐｅｔｅｒｓｏｎ和
Ｂｒｏｗｎ提出的移位寄存器算法Ｌ４ｊ实现，奇偶校验通过
各校验位累加，累加和最低位即为生成校验位。
限于篇幅，只给出了解码子程序，入口参数为收
到数据字节的引用和校验字节，子程序返回校验标志
字节，如果标志为ＦＦ，说明有２、４或２．７％的３位码
元错，放弃接收；标志为Ｏ，说明接收正确或已进行了
１位纠错，接收数据字节。编码子程序与解码纠错子
程序结构相近。
／／解码子程序
ｉｎｌｉｎｅ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｄｅｃｏｄｅ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ＆ＤａｔｅＢｙｔｅ，ａｎ－
ｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ＣｈｅｃｋＢｙｔｅ）
｛ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎａ妄：０；／／设置正确标志
．
ａｓｍ｛ｍｏｖ ｅｂｘ，ＤａｔｅＢｙｔｅ；／／接收数据帧Ｒ４送入ａＸ
ｍｏｖ ａｈ，ｂｙｔｅ ｐｔｒ［ｅｂｘ］
ｍｏｖ ａ１．ＣｈｅｃｋＢｙｔｅ
ｍｏｖ ｄｘ，ａｘ；／／寄存器ｄ】ｃ备份Ｒ４
ｍｏｖ ｅｘ，９；／／对ａ】【的高１３位即Ｒ３进行ＣＲＣ校验
ｃｒｃ：ｓｈｌ ａｘ．１
扣ｃ ｌｏｏｐｌ
ｘｏｒ ａｈ，０ｘ３０
ｌｏｏｐｌ：ｌｏｏｐ ｃｒｃ；／／ａｈ高４位为生成ＣＲＣ校验位
ｍｏｖ ｂｈ，ａｈ；／／生成ＣＲＣ校验位ｂｈ的高４位
ｍｏｖ ａ】【，ｄｘ；／／寄存器ａ】【赋初值Ｒ４
ｍｏｖ ｅｘ，９；／／ｘ，￣Ｒ２偶校验，ｅｘ，为循环初值
ｍｏｖ ｂｌ，０；／／ｂｌ赋累加和初值
ｐ￣ｉｔｙｌ：ｓｈｌ ａ】【，１；／／各校验位累加
ｊＲｅ ｌｏｏｐ２
ｉｎｃ ｂｌ
ｌｏ０ｐ２：ｌｏｏｐ ｐａｎ￣ｌ
ｒｃＩ－ｂｌ，１；／／ｂｌ最低位为生成偶校验位ｌ
ｒｃｌ ａｌ，ｌ；／／偶校验位ｌ存入ａｌ的最低位
ｍｏｖ ｃｘ，５；／／ｘ，￣Ｒ１进行偶校验
ｍｏｖ ｂｌ，０；／／ｂｌ赋累加和初值
ｐａｒｉｔｙ２：ｓｈｌ ａｈ，１；／／各校验位累加
ｊｎｅ ｌｏｏｐ３
ｉｎｃ ｂｌ
ｌｏｏｐ３：ｌｏｏｐ ｐ ｔｙ２
ｒｃＩ－ｂｌ，１；／／ｂｌｌ的最低位为偶校验位２
ｒｃｌ ａｌ，１；／／偶校验位１、偶校验位２存于ａｌ低２位
ａｎｄ ｂｈ，ＯｆＯｈ；／／￣ＢＩ断ＣＲＣ校验是否正确
ｊｚ ｉ￣ｇｈｔ
ｅｍｐ ａｌ，０１ｈ；／／ＣＲＣ校验不正确，判断是否为ｌｂ２Ｙ３Ｎ分支
ｊｚ ｔｉｇｈｔ；／／是，说明Ｒ２正确
ｃｍｐ ａｌ，０２ｈ；／／判断是否为１Ｎ２Ｎ３Ｙ分支
ｊｎｚ ｅｒｒｏｒ；／／不是，说明２位错或４位错
维普资讯
７６ 计算机与现代化 ２００６年第８期
表２不同校验方法效果对比表
每发送２００字节收到字节
ｍｏｖ ｃｌ，Ｏ；／／是，说明１位错，ＣＲＣ纠错
ｌｏｏｐ４：ｃｍｐ ｂｈ，０ｉＯｈ
ｊｚ ｃｏｒｒｅｃｔ
ｓｈｌ ｂｈ，１
校验方式
有效码 误码
ｊｎｃ ｓｈｉｆｔ
ｘｏｒ ｂｈ，Ｏｘ３０
．
奇偶校验
ＣＲＣ－４校验
１２６个
５１．３个
１２．６个
约为０个
ｓｈｉｆｔ：ｒｏｌ ｄｘ，１
ｉｎｃ ｃｌ
综合容错法 ８４、７个 ２．５６个
ｊｍｐｌｏｏｐ４
ｃｏｒｒｅｃｔ：ｂｔｃ ｄｘ，１５
ｌ＇ｏｒ ｄｘ，ｃｌ；／／数据纠错后存于寄存器ｄ）【
ｒｉｇｈｔ：ｍｏｖ ｅｂｘ，ＤａｔｅＢｙｔｅ
ｉｎｏｖ ｂｙｔｅ ｐｔｒ［ｅｂｘ］，ｄｈ；／／引用地址中写入正确数据
ｊｍｐ ｅｘｉｔ
ｅｒｒｏｒ：ｍｏｖ玎ａｇ，ＯｘＦＦ；／／￣：置两位错标志
｝
表２中，有效码是指所接收数据帧除去各附加校验位
后得到的字节。由于奇偶校验位可由硬件自动添加，１个
字节即组成一帧数据，其余两种均需由２个字节构成一帧
数据。比饺３种校验方法，得综合校验技术兼顾了速度和
准确度两个互相对立的指标，适合那些对速度和准确度都
有—定要求的串行通信系统。
参考文献：
ｅｘｉｔ：Ｉ￣ｔｕｌＴＩ（ｎａｇ）；／／返回两位错标志
｝
［１］ 王爱英．计算机组成与结构［Ｍ］、北京：清华大学出版
社，２００２．
３不同校验方法效果对比
表２给出了综合容错技术与奇偶校验、ＣＲＣ－４校
验的各项指标，对比结果是在信道的误码率为５％，
各位码元的出错概率相互独立的条件下获得的。
坐 业 坐
［２］ 王新梅，肖国镇．纠错码——原理与方法［Ｍ］、西安：西
安电子科技大学出版社。２００１．
［３］ 武坤，王利民，罗进．ＣＲＣ校验中信息段超长软处理解
决方案［Ｊ］．计算机工程与应用，２００１，４０（２６）：８７～８８．
［４］ 井海明，高占凤．用ＶＨＤＬ设计ＣＲＣ发生器和校验器
［Ｊ］．中国有线电视，２００４（３）：６０～６１、
坐坐 坐 坐 坐
（上接第７３页）同一虚拟路由集群的组成单元，并各
址作为原地址，并主动接收发往失败路由器虚拟
自在其自己的集群内设置成主路由器，而在其它集群
ＭＡＣ地址的ＩＩ）数据，并转发到相应的目的地。
设置成备份路由器。路由器Ａ配置成自己的ＩＩ）地址
２．当ＳＳＲ路由器恢复后会发生什么？
和虚拟ＭＡＣ地址，同时配置成认知路由器Ｂ的ＩＩ）地
如果ＳＳＲ Ｂ恢复了，它会通知它自己和ＳＳＲ Ａ．
址和虚拟ＭＡＣ地址。同样，路由器Ｂ配置成自己的
让其停止模仿它的工作，从此ＳＳＲ Ｂ会用它自己的
ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地址，同时配置成认知路由器Ａ
ＭＡＣ地址响应ＡＲＰ请求，两个路由器同时对信息包
的ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地址。
进行路由。ＳＳＲ Ｂ恢复响应和主路由器停止使用它
在这个案例里，ＳＳＲ Ａ被选为主路由器，相应地
的虚拟地址之间只是一短暂的间隔。在这短暂的时
ＳＳＲ Ｂ被选为备份路由器。两个路由器都能够应对
间内，数据包有可能被丢失或复制，通常情况下．ＴＣＰ
主机１、２、３通过其虚拟ＭＡＣ地址发来的ＡＲＰ请求，
传输协议能够保证端对端的数据恢复。
两个主机也都能对ＩＩ）主机１、２、３的流量作路由。
２虚拟路由集群技术实施结果
１．如果一个ＳＳＲ路由器失败会发生什么？
３结束语
通常，在一个系统中使用ＲＩＰ和ＯＳＰＦ去检测一
个故障，需要数分钟（甚至可能检测不到）。但在ＳＳＲ
冲配置好路由后使用Ｖ砒 配置一定数量的虚拟路
由集群可在５秒钟内检测和确认一个故障，并且可迅
速以新的路由取代。这种识别和在故障周围重路由
的能力大大改善了骨干网络应用的故障复原能力。
在ＣＩＳＣＯ的路由交换机上，可用热路由备份（ＨＲＶＰ）
方法实现，在其它产品上也大多有实现的办法。
参考文献：
［１］［美］普兹马诺瓦．路由与交换［Ｍ］．黄永峰，等译
北京：
人民邮电出版社．２００４．
［２］［美］ＲａｊｋｕｊＩｌａｒ Ｂｕｙｙａ．高性能集群计算［Ｍ］．郑纬民，等
译．北京：电子工业出版社，２００１．
．
图４路由器Ｂ失效后虚拟集群工作示意图
假设ＳＳＲ Ｂ由于其所连接的局域网断路或其串
口模块电路坏掉，如图４所示，ＳＳＲ Ａ迅速发现ＳＳＲ Ｂ
失败，并且快速取得ＳＳＲ Ｂ的ＩＩ）地址和虚拟ＭＡＣ地
址，ＳＳＲ Ａ现在开始主动对发到失败路由器ＳＳＲ Ｂ的
ＡＲＰ请求作出响应，取得失败路由器的虚拟ＭＡＣ地