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异步 CRC (Async CRC)
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:link_to_translation:`en:[English]`
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本文档介绍了 ESP-IDF 中异步 CRC (Async CRC) 驱动程序的功能。目录如下：
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.. contents::
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:local:
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:depth: 2
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概述
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异步 CRC 驱动程序提供使用通用 DMA 外设的硬件加速 CRC 计算。它支持 AHB-GDMA 和 AXI-GDMA 后端，提供灵活的 CRC 计算，支持可配置的多项式、初始值、位反转选项和最终 XOR 处理。
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主要功能包括：
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- 使用通用 DMA 进行硬件加速的 CRC 计算
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- 支持 8 位、16 位和 32 位 CRC 算法
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- 带回调通知的异步 API
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- 支持超时的阻塞 API
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- 支持可配置积压大小的请求队列
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- 支持 AHB 和 AXI DMA 后端
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应用场景包括：
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- 通信协议的数据完整性验证
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- 文件和固件校验和计算
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- 网络数据包验证
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- 存储数据验证
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快速开始
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本节简要介绍如何使用异步 CRC 驱动程序。通过实际示例，演示如何初始化驱动程序、配置 CRC 参数以及执行异步和阻塞 CRC 计算。
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异步 CRC 的典型使用流程如下：
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.. blockdiag::
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:scale: 100%
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:caption: 异步 CRC 驱动程序的一般使用流程（点击放大）
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:align: center
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blockdiag {
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default_fontsize = 14;
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node_width = 250;
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node_height = 80;
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class emphasis [color = pink, style = dashed];
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install [label="esp_async_crc_install_gdma_*"];
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calc [label="esp_async_crc_calc"];
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wait [label="等待回调"];
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process [label="处理结果"];
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uninstall [label="esp_async_crc_uninstall"];
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install -> calc -> wait -> process;
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process -> calc [folded];
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calc -> uninstall [folded];
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}
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创建和安装驱动程序
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首先，您需要安装异步 CRC 驱动程序。该驱动程序根据芯片的功能支持 AHB-GDMA 和 AXI-GDMA 后端：
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.. code:: c
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async_crc_handle_t crc_hdl = NULL;
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async_crc_config_t config = {
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.backlog = 8, // 队列中最大挂起请求数
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.dma_burst_size = 16, // DMA 突发传输大小（字节）
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};
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// 使用 AHB-GDMA 后端安装（如果可用）
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ESP_ERROR_CHECK(esp_async_crc_install_gdma_ahb(&config, &crc_hdl));
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// 或使用 AXI-GDMA 后端安装（如果可用）
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// ESP_ERROR_CHECK(esp_async_crc_install_gdma_axi(&config, &crc_hdl));
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.. note::
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**选择 AHB-GDMA 和 AXI-GDMA 后端**
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后端选择取决于芯片的功能和性能要求：
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- **AHB-GDMA**：大多数 ESP 芯片均可使用。连接到 AHB 总线，适用于通用 DMA 操作。最适合：
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- 标准性能要求
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- 大多数 ESP 芯片变体的兼容性
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- **AXI-GDMA**：在支持 AXI 总线的高端 ESP 芯片上可用。为内存密集型操作提供更高的带宽和更好的性能。最适合：
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- 高吞吐量 CRC 计算
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- 处理大量数据
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- 需要最大性能的应用
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- 更高效地访问外部存储器（PSRAM）
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创建驱动程序实例时，您需要配置：
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- **backlog**：可排队等待的最大 CRC 请求数。较高的值使用更多内存，但在突发工作负载下提供更好的吞吐量。
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- **dma_burst_size**：DMA 传输突发大小（字节）。
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驱动程序句柄 ``crc_hdl`` 是一个不透明指针，用于所有后续操作。
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执行异步 CRC 计算
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异步 API 允许您在不阻塞的情况下排队 CRC 计算：
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.. code:: c
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static bool crc_complete_callback(async_crc_handle_t crc_hdl, async_crc_event_data_t *edata, void *cb_args)
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{
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uint32_t result = edata->crc_result;
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// 进一步处理 CRC 结果
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// 例如，发送到任务队列，记录日志等。
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return false;
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}
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// 配置 CRC-32 的 CRC 参数
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async_crc_params_t params = {
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.width = 32,
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.polynomial = 0x04C11DB7,
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.init_value = 0xFFFFFFFF,
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.final_xor_value = 0xFFFFFFFF,
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.reverse_input = true,
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.reverse_output = true,
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};
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// 启动异步 CRC 计算
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const char *data = "Hello, World!";
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size_t data_len = strlen(data);
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ESP_ERROR_CHECK(esp_async_crc_calc(crc_hdl, data, data_len, ¶ms, crc_complete_callback, NULL));
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CRC 计算完成时会在中断上下文中调用回调函数。回调接收：
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- **crc_hdl**：驱动程序句柄
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- **edata**：包含 CRC 结果的事件数据
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- **cb_args**：在 ``esp_async_crc_calc`` 期间传递的用户定义参数
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执行阻塞 CRC 计算
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对于更简单的使用场景或不需要异步操作的情况，请使用阻塞 API：
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.. code:: c
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uint32_t crc_result = 0;
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async_crc_params_t params = {
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.width = 32,
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||
.polynomial = 0x04C11DB7,
|
||
.init_value = 0xFFFFFFFF,
|
||
.final_xor_value = 0xFFFFFFFF,
|
||
.reverse_input = true,
|
||
.reverse_output = true,
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||
};
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const char *data = "Hello, World!";
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size_t data_len = strlen(data);
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// 阻塞 CRC，1000ms 超时
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ESP_ERROR_CHECK(esp_crc_calc_blocking(crc_hdl, data, data_len, ¶ms, 1000, &crc_result));
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printf("CRC 结果: 0x%08X\n", crc_result);
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阻塞 API 支持：
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- **timeout_ms >= 0**：等待指定的毫秒数
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- **timeout_ms < 0**：无限期等待
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卸载驱动程序
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当不再需要驱动程序时：
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.. code:: c
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ESP_ERROR_CHECK(esp_async_crc_uninstall(crc_hdl));
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如果存在挂起的操作或 CRC 引擎正忙，卸载函数将返回 :c:macro:`ESP_ERR_INVALID_STATE`。请在卸载前确保所有操作已完成。
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CRC 参数配置
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异步 CRC 驱动程序通过 :cpp:type:`async_crc_params_t` 结构支持灵活的 CRC 算法配置。
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CRC 宽度
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:cpp:member:`async_crc_params_t::width` 字段指定 CRC 位宽度：
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- **8**：8 位 CRC（如 CRC-8、CRC-8/MAXIM）
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- **16**：16 位 CRC（如 CRC-16/CCITT、CRC-16/IBM）
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- **32**：32 位 CRC（如 CRC-32、CRC-32/BZIP2）
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多项式
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:cpp:member:`async_crc_params_t::polynomial` 字段以十六进制格式指定 CRC 多项式。常见的多项式值包括：
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- CRC-32: ``0x04C11DB7``
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- CRC-16/CCITT: ``0x1021``
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- CRC-16/IBM: ``0x8005``
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- CRC-8/MAXIM: ``0x31``
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初始值
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:cpp:member:`async_crc_params_t::init_value` 字段设置处理前的初始 CRC 值。常见的初始值：
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- ``0xFFFFFFFF`` 用于 CRC-32
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- ``0x0000`` 用于许多 CRC-16 变体
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- ``0x00`` 用于许多 CRC-8 变体
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最终 XOR 值
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:cpp:member:`async_crc_params_t::final_xor_value` 字段指定在与最终 CRC 结果进行异或之前的值。这通常是 CRC-32 的 ``0xFFFFFFFF``，但对于某些变体可以是 ``0x0000``。
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位反转选项
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- :cpp:member:`async_crc_params_t::reverse_input` 如果为 true，在处理前反转每个输入字节的位顺序
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- :cpp:member:`async_crc_params_t::reverse_output` 如果为 true，在应用最终 XOR 之前反转最终 CRC 结果的位顺序
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这些选项影响不同 CRC 算法的反射设置。
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常见 CRC 配置
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下表列出了常见的 CRC 配置：
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+----------------+----------+---------------+---------------+------------------+---------------+---------------+
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| CRC 算法 | 位宽 | 多项式 | 初始值 | 最终 XOR 值 | 反转输入 | 反转输出 |
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+================+==========+===============+===============+==================+===============+===============+
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| CRC-32 | 32 | 0x04C11DB7 | 0xFFFFFFFF | 0xFFFFFFFF | true | true |
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+----------------+----------+---------------+---------------+------------------+---------------+---------------+
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| CRC-16/CCITT | 16 | 0x1021 | 0x0000 | 0x0000 | false | false |
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+----------------+----------+---------------+---------------+------------------+---------------+---------------+
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| CRC-16/IBM | 16 | 0x8005 | 0x0000 | 0x0000 | true | true |
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+----------------+----------+---------------+---------------+------------------+---------------+---------------+
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| CRC-8/MAXIM | 8 | 0x31 | 0x00 | 0x00 | true | true |
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+----------------+----------+---------------+---------------+------------------+---------------+---------------+
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线程安全
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异步 CRC 驱动程序设计为线程安全的，可以从多个任务中使用。该驱动程序采用 **无竞争有限状态机（FSM）** 架构，确保线程安全并正确处理并发 CRC 请求。
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线程安全保证
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- 所有公共 API 可以同时从不同任务调用
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- 驱动程序对内部状态使用原子操作和临界区保护
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- 请求队列确保并发调用被正确串行化
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ISR 上下文限制
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异步 API 和阻塞 API 都不能从中断上下文调用。具体来说：
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- :cpp:func:`esp_async_crc_calc`：涉及内存分配/释放、DMA 准备工作和非 ISR 安全的日志函数
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- :cpp:func:`esp_crc_calc_blocking`：使用可能阻塞的同步原语
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回调限制
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回调函数（:cpp:type:`async_crc_isr_cb_t`）在中断上下文中执行。因此：
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- 不要执行阻塞操作（如 ``vTaskDelay``、带超时的 ``xQueueSend``）
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- 保持执行时间最小化，以免影响系统中断延迟
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- 不要使用 ``malloc`` 或类似函数分配内存
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- 只使用 ISR 安全的 FreeRTOS API（如 ``xQueueSendFromISR``, ``xSemaphoreGiveFromISR``）
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- 如果回调唤醒了高优先级任务，返回 ``true``
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使用队列的回调示例：
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.. code:: c
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static bool crc_callback(async_crc_handle_t crc_hdl, async_crc_event_data_t *edata, void *cb_args)
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{
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QueueHandle_t queue = (QueueHandle_t)cb_args;
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BaseType_t high_task_awoken = pdFALSE;
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// 通过 ISR 安全队列将结果发送到任务
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xQueueSendFromISR(queue, &edata->crc_result, &high_task_awoken);
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return high_task_awoken == pdTRUE;
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}
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缓冲区要求
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异步 CRC 驱动程序对数据缓冲区有特定要求。
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内存类型
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数据缓冲区可以来自内部存储区域（DRAM/IRAM）或外部存储区域（PSRAM, Flash）中。驱动程序自动处理两者：
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.. code:: c
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// 内部 RAM
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static char internal_data[] = "Data in internal RAM";
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esp_async_crc_calc(crc_hdl, internal_data, strlen(internal_data), ¶ms, callback, NULL);
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// 外部 Flash
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static const char *flash_data = "Data in external Flash";
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esp_async_crc_calc(crc_hdl, flash_data, strlen(flash_data), ¶ms, callback, NULL);
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性能注意事项
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积压配置
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``backlog`` 配置影响性能：
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- 小积压（4-8）：内存使用量较低，高负载下可能会产生背压
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- 大积压（16+）：突发工作负载的吞吐量更好，内存使用量更高
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根据应用的内存约束和工作负载模式进行选择。
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DMA 突发大小
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``dma_burst_size`` 影响 DMA 传输效率：
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- 较大的突发大小可以提高吞吐量
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- 典型值：16、32、64 字节
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最佳值取决于芯片的 DMA 控制器功能。
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应用示例
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- :example:`peripherals/dma/async_crc` 演示了如何通过交互式控制台 CLI 使用异步 CRC 驱动程序。
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API 参考
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异步 CRC 驱动程序函数
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---------------------
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.. include-build-file:: inc/esp_async_crc.inc
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