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CD-ROM格式數(shù)據(jù)的軟解碼模塊設(shè)計
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(shí)現(xiàn)方法以及該模塊的軟件流程圖。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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)所在。因?yàn)樗恍柙黾右粋�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(yàn)字和104字節(jié)的Q校驗(yàn)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(shí)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(yàn)，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(yàn)碼）檢錯碼，其生成多項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)式是能夠被生成多項(xiàng)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(xiàng)式來整除生成多項(xiàng)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?yàn)橛嬎銠C(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)行操作，每次除法將上一字節(jié)的所得的余數(shù)與本字節(jié)組合成新的數(shù)進(jìn)行除法運(yùn)算。除式是33位的，因此，每個字節(jié)的除法須把這個字節(jié)的數(shù)左移24位，跟上次的余式組合成一個32位的二進(jìn)制數(shù)，來整除除式。主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代碼如下：
for(i=0;i
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