CD-ROM格式数据的软解码模块设计
摘要：介绍应用于嵌入式系统的CD-ROM格式数据软解码模块的设计方法；分析CD-ROM格式的数据结构，给出EDC及ECC解码算法的软件实现方法以及该模块的软件流程图。
关键词：CD-ROM格式软解码EDC检错ECC纠错
引言
CD-ROM是目前应用非常广泛的大容量、低成本的存储设备。为了减小误码率，原始数据经过格式化编码和信道编码后，才写入CD-ROM盘片中；在读取时，则需经过信道解码和格式化解码后才能得到所需的原始数据。CD-ROM数据的读写过程如图1所示。
在一般的音像设备（如VCD机）和个人电脑中，CD-ROM数据的解码过程是由专用解码芯片来完成的；而CD-ROM不但可以应用在音像设备和个人电脑中，还可以应用到需要读取大量数据的嵌入式系统中。比如在车辆导般系统中，就可使用CD-ROM存放地理信息数据。嵌入式系统中的CD-ROM数据的解码方法比较灵活，可以使用专用解码芯片（暂称硬解码），也可以通过处理器的解码程序来完成（软解码）。相对于硬解码来说，软解码有其独特的优点所在。因为它只需增加一个解码程序模块，就省掉了专用解码芯片电路，简化了系统的硬件电路，降低了系统的成本。如图1所示，CD-ROM数据经过信道解码后，得到的是以扇区结构组织的CD-ROM格式数据，还需进行CD-ROM格式化解码才能得到最终的用户数据。本文介绍的就是嵌入式系统中CD-ROM格式数据软解码模块的设计。
1CD-ROM格式数据的扇区结构
CD-ROM数据是以扇区为基本单元进行编码处理的。经过信道解码处理后得到的扇区对于不同的数据来源，其结构是不同的。对于CD-DA（双声道的CD音频）数据，由于没有经过格式化编码，可以直接得到用户数据；而CD-ROM数据和VCD数据都经过CD-ROM格式化编码成扇区结构，必须经CD-ROM格式化解码才能得到用户数据。
CD-ROM扇区有两种模式：模式1和模式2。其扇区结构如图2所示。
由图2可知，一个扇区的CD-ROM格式数据总共有2352字节。其中，两种扇区模式都有12字节的同步信息和4字节的时间信息（头信息）。如果是模式1，还有4字节的循环冗检错码，8字节空字节，276字节的纠错码，其中包含172字节的P校验字和104字节的Q校验字，用户数据只有2048字节。如果是模式2，除了同步信息和头信息外，余下的2336字节全部都是用户数据。
实际中，由于盘的制作材料的性能、盘制造生产技术水平的限制、驱动器的性能以及使用不当等诸多原因，从盘上读出的数据不可能完全正确。据统计，一片未使用过的只读光盘，原始误码率约为3×10-4,沾有指纹的盘约为6×10-4，有伤痕的盘约为5×10-3。针对这种情况，光盘存储系统采用了功能强大的错误检测和纠正措施：CIRC、EDC、ECC。数据经信道解码后，由于采用CIRC纠错处理，误码率由10-4～10-5降到10-9以下。对于音频和图像数据来说，这样的误码率已经足够。但要用到计算机文件数据，必须要求误码率为10-12以下，因此必须采用二次纠错处理。通过EDC和ECC校验，可以达到这个要求。
所以，模式1主要用于存储对错误非常敏感的数据，如计算机程序代码等数据；而模式2则主要用于存储对错误不敏感的数据，如图像、音响等类型的数据。
在模式2的基础上，CD-ROM/XA格式又分为两种形式（FORM）：形式1和形式2。其扇区结构如图3所示。我们常用的VCD就是采用CD-ROM/XA的形式2格式。
由上可知，除了扇区模式2可以直接得到2336字节的用户数据外，CD-ROM格式解码还必须进行EDC检错和ECC纠错处理。下面分别介绍EDC检错和ECC纠错的原理和解码算法。
2CD-ROM扇区中的EDC检错原理及算法
CD-ROM扇区采用32位CRC（循环冗余校验码）检错码，其生成多项式为
P（X）=(X16+X15+X2+1)×（X16+X2+X+1）
对应的码字是0x18001801B。计算CRC码时用的数据块是从扇区的开头到用户数据区结束为止的数据字节。即将字节0～2063共2064字节的数据所对应的长多项式整除
P（X），得到32位的余式，放在2064～2067字节位置。这2068字节的数据对应的多项式是能够被生成多项式P（X）整除的。如果不能整除，则表明数据有错。所以，我们的解码过程就将2068字节的数据组成的多项式来整除生成多项式，如果余式为0，则表明数据正确，否则数据有错。
但我们不可能直接进行长除法操作，因为计算机不可能将一个2068×8位的极其长的二进制数直接拿来做长除法。根据长除法的规律，以字节（8比特）为单位进行操作，每次除法将上一字节的所得的余数与本字节组合成新的数进行除法运算。除式是33位的，因此，每个字节的除法须把这个字节的数左移24位，跟上次的余式组合成一个32位的二进制数，来整除除式。主要实现现代码如下：
for(i=0;i<2068;i++)
crc=edc_crc_32(crc,data_in[i],M32)；
其中，crc为余数，M32为生成多项式对应的二进制数。函数edc_crc_32（intcrc,intch,intmask）的实现代码为
charedc_crc_32(intcrc,intintmask){
ch<<24;
for(inti=0;i<8;i++){
i 《CD-ROM格式数据的软解码模块设计》
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关键词：CD-ROM格式软解码EDC检错ECC纠错
引言
CD-ROM是目前应用非常广泛的大容量、低成本的存储设备。为了减小误码率，原始数据经过格式化编码和信道编码后，才写入CD-ROM盘片中；在读取时，则需经过信道解码和格式化解码后才能得到所需的原始数据。CD-ROM数据的读写过程如图1所示。
在一般的音像设备（如VCD机）和个人电脑中，CD-ROM数据的解码过程是由专用解码芯片来完成的；而CD-ROM不但可以应用在音像设备和个人电脑中，还可以应用到需要读取大量数据的嵌入式系统中。比如在车辆导般系统中，就可使用CD-ROM存放地理信息数据。嵌入式系统中的CD-ROM数据的解码方法比较灵活，可以使用专用解码芯片（暂称硬解码），也可以通过处理器的解码程序来完成（软解码）。相对于硬解码来说，软解码有其独特的优点所在。因为它只需增加一个解码程序模块，就省掉了专用解码芯片电路，简化了系统的硬件电路，降低了系统的成本。如图1所示，CD-ROM数据经过信道解码后，得到的是以扇区结构组织的CD-ROM格式数据，还需进行CD-ROM格式化解码才能得到最终的用户数据。本文介绍的就是嵌入式系统中CD-ROM格式数据软解码模块的设计。
1CD-ROM格式数据的扇区结构
CD-ROM数据是以扇区为基本单元进行编码处理的。经过信道解码处理后得到的扇区对于不同的数据来源，其结构是不同的。对于CD-DA（双声道的CD音频）数据，由于没有经过格式化编码，可以直接得到用户数据；而CD-ROM数据和VCD数据都经过CD-ROM格式化编码成扇区结构，必须经CD-ROM格式化解码才能得到用户数据。
CD-ROM扇区有两种模式：模式1和模式2。其扇区结构如图2所示。
由图2可知，一个扇区的CD-ROM格式数据总共有2352字节。其中，两种扇区模式都有12字节的同步信息和4字节的时间信息（头信息）。如果是模式1，还有4字节的循环冗检错码，8字节空字节，276字节的纠错码，其中包含172字节的P校验字和104字节的Q校验字，用户数据只有2048字节。如果是模式2，除了同步信息和头信息外，余下的2336字节全部都是用户数据。
实际中，由于盘的制作材料的性能、盘制造生产技术水平的限制、驱动器的性能以及使用不当等诸多原因，从盘上读出的数据不可能完全正确。据统计，一片未使用过的只读光盘，原始误码率约为3×10-4,沾有指纹的盘约为6×10-4，有伤痕的盘约为5×10-3。针对这种情况，光盘存储系统采用了功能强大的错误检测和纠正措施：CIRC、EDC、ECC。数据经信道解码后，由于采用CIRC纠错处理，误码率由10-4～10-5降到10-9以下。对于音频和图像数据来说，这样的误码率已经足够。但要用到计算机文件数据，必须要求误码率为10-12以下，因此必须采用二次纠错处理。通过EDC和ECC校验，可以达到这个要求。
所以，模式1主要用于存储对错误非常敏感的数据，如计算机程序代码等数据；而模式2则主要用于存储对错误不敏感的数据，如图像、音响等类型的数据。
在模式2的基础上，CD-ROM/XA格式又分为两种形式（FORM）：形式1和形式2。其扇区结构如图3所示。我们常用的VCD就是采用CD-ROM/XA的形式2格式。
由上可知，除了扇区模式2可以直接得到2336字节的用户数据外，CD-ROM格式解码还必须进行EDC检错和ECC纠错处理。下面分别介绍EDC检错和ECC纠错的原理和解码算法。
2CD-ROM扇区中的EDC检错原理及算法
CD-ROM扇区采用32位CRC（循环冗余校验码）检错码，其生成多项式为
P（X）=(X16+X15+X2+1)×（X16+X2+X+1）
对应的码字是0x18001801B。计算CRC码时用的数据块是从扇区的开头到用户数据区结束为止的数据字节。即将字节0～2063共2064字节的数据所对应的长多项式整除
P（X），得到32位的余式，放在2064～2067字节位置。这2068字节的数据对应的多项式是能够被生成多项式P（X）整除的。如果不能整除，则表明数据有错。所以，我们的解码过程就将2068字节的数据组成的多项式来整除生成多项式，如果余式为0，则表明数据正确，否则数据有错。
但我们不可能直接进行长除法操作，因为计算机不可能将一个2068×8位的极其长的二进制数直接拿来做长除法。根据长除法的规律，以字节（8比特）为单位进行操作，每次除法将上一字节的所得的余数与本字节组合成新的数进行除法运算。除式是33位的，因此，每个字节的除法须把这个字节的数左移24位，跟上次的余式组合成一个32位的二进制数，来整除除式。主要实现现代码如下：
for(i=0;i<2068;i++)
crc=edc_crc_32(crc,data_in[i],M32)；
其中，crc为余数，M32为生成多项式对应的二进制数。函数edc_crc_32（intcrc,intch,intmask）的实现代码为
charedc_crc_32(intcrc,intintmask){
ch<<24;
for(inti=0;i<8;i++){
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