解讀CRC的校驗(yàn)原理

隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能日益強(qiáng)大，以及微型計(jì)算機(jī)的普及，在現(xiàn)代工業(yè)中，利用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的工業(yè)控制應(yīng)用得也越來(lái)越廣泛。特別是在大規(guī)模高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算將占用很大一部分單片機(jī)的資源，可以將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串行通訊方式傳送給PC機(jī)，由PC機(jī)來(lái)完成數(shù)據(jù)的處理工作。但是由于傳輸距離、現(xiàn)場(chǎng)狀況等諸多可能出現(xiàn)的因素的影響，計(jì)算機(jī)與受控設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)常會(huì)發(fā)生無(wú)法預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤。為了防止錯(cuò)誤所帶來(lái)的影響，在數(shù)據(jù)的接收端必須進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)。雖然差錯(cuò)校驗(yàn)也可以完全由硬件來(lái)承擔(dān)，但由于單片機(jī)和PC都具有很強(qiáng)的軟件編程能力，這就為實(shí)施軟件的差錯(cuò)校驗(yàn)提供了前提條件，而軟件的差錯(cuò)校驗(yàn)有經(jīng)濟(jì)實(shí)用并且不增加硬件開(kāi)銷的優(yōu)點(diǎn)。

1 CRC法的原理

傳統(tǒng)的差錯(cuò)檢驗(yàn)法有：奇偶校驗(yàn)法，校驗(yàn)和法，行列冗余校驗(yàn)法等。這些方法都是在數(shù)據(jù)后面加一定數(shù)量的冗余位同時(shí)發(fā)送出去，例如在單片機(jī)的通訊方式2和3中，TB8就可以作為奇偶校驗(yàn)位同數(shù)據(jù)一起發(fā)送出去，在數(shù)據(jù)的接收端通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較、判別或簡(jiǎn)單的求和運(yùn)算，然后將所得和接收到的冗余位進(jìn)行比較，若相等就認(rèn)為數(shù)據(jù)接收正確，否則就認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。但是冗余位只能反映數(shù)據(jù)行或列的奇偶情況，所以這 類檢驗(yàn)方法對(duì)數(shù)據(jù)行或列的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤不敏感，漏判的概率很高。因此，此種方法的可靠性 就差。

循環(huán)冗余碼校驗(yàn)英文名稱為Cyclical Redundancy Check，簡(jiǎn)稱CRC。它是利用除法及余數(shù) 的原理來(lái)作錯(cuò)誤偵測(cè)(Error Detecting)的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送裝置計(jì)算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收裝置，接收裝置對(duì)收到的數(shù)據(jù)重新計(jì)算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個(gè)CR C值不同，則說(shuō)明數(shù)據(jù)通訊出現(xiàn)錯(cuò)誤。由于這種方法取得校驗(yàn)碼的方式具有很強(qiáng)的信息覆蓋能力，所以它是一種效率極高的錯(cuò)誤校驗(yàn)法。錯(cuò)誤的概率幾乎為零。在很多的儀器設(shè)備中都 采用這種冗余校驗(yàn)的通訊規(guī)約。

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境與習(xí)慣的不同，CRC又可分為以下幾種標(biāo)準(zhǔn)：

① CRC-12碼;② CRC-16碼;

③ CRC-CCITT碼;④ CRC-32碼。

CRC-12碼通常用來(lái)傳送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT碼則是用來(lái)傳送8-b it字符，其中CRC-16為美國(guó)采用，而CRC-CCITT為歐洲國(guó)家所采用。CRC-32碼大都被采用在一種稱為Point-to-Point的同步傳輸中。

2 CRC校驗(yàn)碼的生成過(guò)程

我們以最常用的CRC-16碼作為例子進(jìn)行說(shuō)明。

冗余循環(huán)碼包括2個(gè)字節(jié)，即16位二進(jìn)制數(shù)。先預(yù)置16位寄存器全部為1，再逐 步把每8位的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC計(jì)算時(shí)只用8位數(shù)據(jù)位，起始位和停止位，如有奇偶校驗(yàn)位的話也包括奇偶校驗(yàn)位，都不參與CRC計(jì)算。

在計(jì)算CRC碼時(shí)，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的數(shù)據(jù)向低位移一位，用 0填補(bǔ)最高位，再檢查最低位。如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或;若最低位為0，則不進(jìn)行異或計(jì)算。

這個(gè)過(guò)程一直重復(fù)8次，第8次移位后，下一個(gè)8位數(shù)據(jù)再與現(xiàn)在寄存器中的內(nèi)容 相異或，這個(gè)過(guò)程和以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的信息處理完后，最后寄存器中的內(nèi)容即為CRC碼。這個(gè)CRC碼將由發(fā)送設(shè)備跟在數(shù)據(jù)的最后一起發(fā)送。

計(jì)算CRC的步驟為：

(1)預(yù)置16位寄存器位十六進(jìn)制數(shù)FFFF(即全為1)。稱此寄存器位CRC寄存器。

(2)把第一個(gè)8位數(shù)據(jù)與16位寄存器的低位相異或，將結(jié)果放于CRC寄存器中;

(3)把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位)，用0填補(bǔ)最高位，檢查最低位;

(4)如果最低位為0，重復(fù)第三步(再次移位);

如果最低位為1，CRC寄存器與多項(xiàng)式碼進(jìn)行異或;

(5)重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理;

(6)重復(fù)步驟2到5，進(jìn)行下一個(gè)8位數(shù)據(jù)的處理;

(7)最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

3 CRC軟件實(shí)現(xiàn)

/*************************************************

函數(shù)功能：求CRC16校驗(yàn)值程函數(shù)

修改日期：2006.7.4

待修改： OK

參數(shù)： *STr指向txbuf，待發(fā)送數(shù)組;

num為報(bào)文字節(jié)數(shù)

最后計(jì)算結(jié)果為2字節(jié)數(shù)。

MODBUS傳輸時(shí)，CRC低位在前，crc%256求低位;

高位在后，crc/256求高位。c*************************************************/

uint crc16(uchar *str,uint num) //CRC計(jì)算子程序，

{

uchar i;

//uint crc;

crc=0xffff;

for (i=0; i {

arc= (str[i] ^ crc) 0x00ff;

crc=_irol_(crc,8); 　　　　　　　　　　//整形循環(huán)右移指令

crc= crc 0x00ff;

crc= crc ^ crctable[arc];

}

return(crc);

}

/**************************************************************************

函數(shù)功能：CRC校驗(yàn)程函數(shù)

修改日期：2006.7.4

待修改： OK

參數(shù)： N為報(bào)文字節(jié)數(shù)，rxbuf[]為接收?qǐng)?bào)文區(qū)

如果最后計(jì)算結(jié)果CRC==0，說(shuō)明報(bào)文在傳輸過(guò)程中正確

**************************************************************************/

void crc_verify(uchar N) //CRC校驗(yàn)程序

{

uchar i;

crc = 0xFFFF; //modbus_crc 初值

for (i=0; i=7;i++ ) //CRC校驗(yàn)方式 可以做一個(gè)子程序來(lái)處理

{

arc= (rxbuf[i] ^ crc) 0x00FF; //xor

crc=_irol_(crc,8); //整形循環(huán)右移指令

crc= crc 0x00FF;

crc= crc ^ crctable[arc]; //xor

_nop_();

}

}

uint code crctable[]={ //CRC計(jì)算用表

0x0000,0xC0C1,0xC181,0x0140,0xC301,0x03C0,0x0280,0xC241,

0xC601,0x06C0,0x0780,0xC741,0x0500,0xC5C1,0xC481,0x0440,

0xCC01,0x0CC0,0x0D80,0xCD41,0x0F00,0xCFC1,0xCE81,0x0E40,

0x0A00,0xCAC1,0xCB81,0x0B40,0xC901,0x09C0,0x0880,0xC841,

0xD801,0x18C0,0x1980,0xD941,0x1B00,0xDBC1,0xDA81,0x1A40,

0x1E00,0xDEC1,0xDF81,0x1F40,0xDD01,0x1DC0,0x1C80,0xDC41,