常用的数据差错控制技术(2)-奇偶校验

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家讲的是嵌入式里数据差错控制技术 - 奇偶校验。

在系列第一篇文章里，痞子衡给大家介绍了最简单的校验法 - 重复校验，该校验法实现简单，检错纠错能力都还不错，但传输效率实在是不高，在效率至上的大背景下，这种方法是不能容忍的。今天痞子衡继续给大家介绍另一种也非常简单但效率较高的校验法 - 即奇偶校验法。

一、奇偶校验法基本原理

1.1 校验依据

奇偶校验法的校验依据就是判断一次传输的一组二进制数据中 bit "1"的奇偶性(奇数个还是偶数个)在传输前后是否一致，所以其实奇偶检验法有两个子类：

奇校验：如果以二进制数据中 1 的个数是奇数为依据，则是奇校验

偶校验：如果以二进制数据中 1 的个数是偶数为依据，则是偶校验

一般在同步传输方式中常采用奇校验，而在异步传输方式中常采用偶校验。

1.2 奇偶校验位

为了实现奇偶校验，通常会在传输的这组二进制数据中插入一个额外的奇偶校验位(bit)，用它来确保发送出去的这组二进制数据中“1”的个数为奇数或偶数。

划重点，奇偶校验位并不是用来标记原始传输数据中 1 的个数是奇数还是偶数，而是用来确保原始数据加上奇偶校验位后的合成数据中 1 的个数是奇数或者偶数。

1.3 校验方法

常用的奇偶校验共有三种：水平奇偶校验，垂直奇偶校验校验和水平垂直奇偶校验。以对 32 位数据：10100101 10111001 10000100 00011010 进行校验为例讲解：

水平奇偶校验：对每一种数据的编码添加校验位，使信息位与校验位处于同一行。

所以加上水平偶校验位后应传输的数据是：101001010 101110011 100001000 000110101

垂直奇偶校验：将数据分为若干组，一组一行，再加上一行校验位，针对每一列采样奇校验或偶校验。

所以加上垂直偶校验位后应传输的数据是：10100101 10111001 10000100 0001101010000010

水平垂直奇偶校验：也叫 Hamming Code，其是在水平和垂直方向上进行双校验，其不仅可以检测 2bit 错误的具体位置，还可纠正 1bit 错误，常用于 NAND Flash里。这部分不属于本文要讨论的内容，痞子衡后续会专门介绍 Hamming Code。

1.4 C 代码实现

实际中水平校验法应用比较多，此处示例代码以水平奇校验为例：

安装包:codeblocks-17.12mingw-setup.exe

集成环境:CodeBlocks 17.12 rev 11256

编译器:GNU GCC 5.1.0

调试器:GNU gdb (GDB) 7.9.1

1.5 行业应用

奇偶检验比较典型的应用是在串口 UART 上，玩过 UART 的朋友肯定了解串口奇偶检验位的作用，包括下位机 MCU UART 驱动的编写，上位机串口调试助手的设置都需要注意奇偶校验位。下图是 UART 传输时序图，奇偶校验位是可选位，仅当使能时才会生效。不过作为嵌入式开发者，倒不必关注奇偶校验的具体实现，因为 MCU 的 UART 模块已经在硬件上支持了奇偶检验，我们只需要操作 UART 对应寄存器的控制位去使能奇偶检验功能即可。

二、奇偶校验法失效分析

在现实数据传输中，偶尔 1 位出错的机会最多，2 位及以上发生错误的概率比较低，且由于奇偶校验实现简单，具有相对理想的检错能力，因此得到广泛使用。但奇偶校验法有如下 2 个明显的缺陷：

奇数位误码能检出，偶数位误码不能检出

不能纠错，在发现错误后，只能要求重发。

前面讲的两种校验法实际上更多是针对 byte 传输校验，而在实际应用中我们校验的对象往往是数据包 packet，有没有其他比奇偶校验法更好且针对 packet 的检错方法呢？痞子衡在下篇会继续聊。

至此，嵌入式里数据差错控制技术之奇偶校验痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~