來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：李建兵 牛忠霞 周東方

摘要：介紹應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的cd-rom格式數(shù)據(jù)軟解碼模塊的設(shè)計方法；分析cd-rom格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，給出edc及ecc解碼算法的軟件實現(xiàn)方法以及該模塊的軟件流程圖。

關(guān)鍵詞：cd-rom格式 軟解碼 edc檢錯 ecc糾錯

引言cd-rom是目前應(yīng)用非常廣泛的大容量、低成本的存儲設(shè)備。為了減小誤碼率，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過格式化編碼和信道編碼后，才寫入cd-rom盤片中；在讀取時，則需經(jīng)過信道解碼和格式化解碼后才能得到所需的原始數(shù)據(jù)。cd-rom數(shù)據(jù)的讀寫過程如圖1所示。

在一般的音像設(shè)備（如vcd機(jī)）和個人電腦中，cd-rom數(shù)據(jù)的解碼過程是由專用解碼芯片來完成的；而cd-rom不但可以應(yīng)用在音像設(shè)備和個人電腦中，還可以應(yīng)用到需要讀取大量數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)中。比如在車輛導(dǎo)般系統(tǒng)中，就可使用cd-rom存放地理信息數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)中的cd-rom數(shù)據(jù)的解碼方法比較靈活，可以使用專用解碼芯片（暫稱硬解碼），也可以通過處理器的解碼程序來完成（軟解碼）。相對于硬解碼來說，軟解碼有其獨特的優(yōu)點所在。因為它只需增加一個解碼程序模塊，就省掉了專用解碼芯片電路，簡化了系統(tǒng)的硬件電路，降低了系統(tǒng)的成本。如圖1所示，cd-rom數(shù)據(jù)經(jīng)過信道解碼后，得到的是以扇區(qū)結(jié)構(gòu)組織的cd-rom格式數(shù)據(jù)，還需進(jìn)行cd-rom格式化解碼才能得到最終的用戶數(shù)據(jù)。本文介紹的就是嵌入式系統(tǒng)中cd-rom格式數(shù)據(jù)軟解碼模塊的設(shè)計。

1 cd-rom格式數(shù)據(jù)的扇區(qū)結(jié)構(gòu)cd-rom數(shù)據(jù)是以扇區(qū)為基本單元進(jìn)行編碼處理的。經(jīng)過信道解碼處理后得到的扇區(qū)對于不同的數(shù)據(jù)來源，其結(jié)構(gòu)是不同的。對于cd-da（雙聲道的cd音頻）數(shù)據(jù)，由于沒有經(jīng)過格式化編碼，可以直接得到用戶數(shù)據(jù)；而cd-rom數(shù)據(jù)和vcd數(shù)據(jù)都經(jīng)過cd-rom格式化編碼成扇區(qū)結(jié)構(gòu)，必須經(jīng)cd-rom格式化解碼才能得到用戶數(shù)據(jù)。

cd-rom扇區(qū)有兩種模式：模式1和模式2。其扇區(qū)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可知，一個扇區(qū)的cd-rom格式數(shù)據(jù)總共有2352字節(jié)。其中，兩種扇區(qū)模式都有12字節(jié)的同步信息和4字節(jié)的時間信息（頭信息）。如果是模式1，還有4字節(jié)的循環(huán)冗檢錯碼，8字節(jié)空字節(jié)，276字節(jié)的糾錯碼，其中包含172字節(jié)的p校驗字和104字節(jié)的q校驗字，用戶數(shù)據(jù)只有2048字節(jié)。如果是模式2，除了同步信息和頭信息外，余下的2336字節(jié)全部都是用戶數(shù)據(jù)。

實際中，由于盤的制作材料的性能、盤制造生產(chǎn)技術(shù)水平的限制、驅(qū)動器的性能以及使用不當(dāng)?shù)戎T多原因，從盤上讀出的數(shù)據(jù)不可能完全正確。據(jù)統(tǒng)計，一片未使用過的只讀光盤，原始誤碼率約為3×10 -4,沾有指紋的盤約為6×10 -4，有傷痕的盤約為5×10 -3。針對這種情況，光盤存儲系統(tǒng)采用了功能強(qiáng)大的錯誤檢測和糾正措施：circ、edc、ecc。數(shù)據(jù)經(jīng)信道解碼后，由于采用circ糾錯處理，誤碼率由10 -4～10 -5降到10 -9以下。對于音頻和圖像數(shù)據(jù)來說，這樣的誤碼率已經(jīng)足夠。但要用到計算機(jī)文件數(shù)據(jù)，必須要求誤碼率為10 -12以下，因此必須采用二次糾錯處理。通過edc和ecc校驗，可以達(dá)到這個要求。

所以，模式1主要用于存儲對錯誤非常敏感的數(shù)據(jù)，如計算機(jī)程序代碼等數(shù)據(jù)；而模式2則主要用于存儲對錯誤不敏感的數(shù)據(jù)，如圖像、音響等類型的數(shù)據(jù)。

在模式2的基礎(chǔ)上，cd-rom/xa格式又分為兩種形式（form）：形式1和形式2。其扇區(qū)結(jié)構(gòu)如圖3所示。我們常用的vcd就是采用cd-rom/xa的形式2格式。

由上可知，除了扇區(qū)模式2可以直接得到2336字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)外，cd-rom格式解碼還必須進(jìn)行edc檢錯和ecc糾錯處理。下面分別介紹edc檢錯和ecc糾錯的原理和解碼算法。

2 cd-rom扇區(qū)中的edc檢錯原理及算法

cd-rom扇區(qū)采用32位crc（循環(huán)冗余校驗碼）檢錯碼，其生成多項式為

p（x）=(x 16+x 15+x 2+1)×（x 16+x 2+x+1）

對應(yīng)的碼字是0x18001801b。計算crc碼時用的數(shù)據(jù)塊是從扇區(qū)的開頭到用戶數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)束為止的數(shù)據(jù)字節(jié)。即將字節(jié)0～2063共2064字節(jié)的數(shù)據(jù)所對應(yīng)的長多項式整除p（x），得到32位的余式，放在2064～2067字節(jié)位置。這2068字節(jié)的數(shù)據(jù)對應(yīng)的多項式是能夠被生成多項式p（x）整除的。如果不能整除，則表明數(shù)據(jù)有錯。所以，我們的解碼過程就將2068字節(jié)的數(shù)據(jù)組成的多項式來整除生成多項式，如果余式為0，則表明數(shù)據(jù)正確，否則數(shù)據(jù)有錯。

但我們不可能直接進(jìn)行長除法操作，因為計算機(jī)不可能將一個2068×8位的極其長的二進(jìn)制數(shù)直接拿來做長除法。根據(jù)長除法的規(guī)律，以字節(jié)（8比特）為單位進(jìn)