CRC16-MODBUS的两种计算方法：查表法和计算法

VeryDelicious

已于 2025-03-03 18:22:02 修改

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文章标签：数据库

于 2025-02-19 21:38:52 首次发布

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1、查表法

优点：

计算效率高：查表法通过预先计算并存储CRC校验码表格，可以大大缩短计算时间，提高计算效率。
节省CPU资源：由于查表法减少了实时的异或、移位和多项式除法操作，因此可以节省CPU资源，特别适用于资源紧张的单片机系统。

缺点：

占用存储空间大：查表法需要存储一个包含256个CRC校验码的表格，占用了一定的存储空间。虽然对于现代嵌入式系统来说，这种存储空间消耗通常是可以接受的，但在一些极端资源受限的场景下可能会成为问题。
实现复杂度较高：相比计算法，查表法的实现需要额外的步骤来生成和存储CRC校验码表格，增加了实现的复杂度。

示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

uint8_t CRCTABH[256] = {
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
};
uint8_t CRCTABL[256] = {

  0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
  0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
  0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
  0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
  0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
  0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
  0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
  0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
  0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
  0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
  0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
  0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
  0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
  0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
  0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
  0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
  0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
  0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
  0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
  0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
  0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
  0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
  0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
  0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
  0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
  0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
};

uint16_t CRC16_Add(uint8_t *buf, uint8_t len)
{
  uint8_t index;
  uint16_t crc_val;
  uint8_t crcl = 0xFF;
  uint8_t crch = 0xFF;

  for (uint8_t i = 0; i < len; i++)
  {
    index = crcl ^ buf[i];
    crcl = crch ^ CRCTABH[index];
    crch = CRCTABL[index];
  }

  crc_val = ((crch & 0xFFFF) << 8) | (crcl);
  return crc_val;
}

int main(void)
{
  uint16_t crcval;
  uint8_t data[] = {0x09, 0x83, 0x01, 0x02, 0x01}; // 示例数据
  size_t length = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
  crcval = CRC16_Add(data, length);

  printf("CRC Val = 0x%X\n", crcval);

   return 0;
}

运算结果：

2、计算法

优点：

代码量小：计算法的实现相对简单，代码量较小，易于理解和维护。
移植性强：由于不依赖于预先计算的表格，计算法在不同的系统和平台上移植起来更加方便。

缺点：

运算资源消耗大：计算法需要逐字节进行异或、移位和多项式除法等操作，对于较长的数据帧，会消耗较多的CPU运算资源。
运算效率低：相比查表法，计算法的运算效率较低，特别是在资源受限的嵌入式系统中，可能会影响系统的实时性能。

示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

// CRC-16-MODBUS 校验函数
uint16_t CRC16_Modbus(const uint8_t *data, size_t length) 
{
    uint16_t crc = 0xFFFF; // 初始值

    // 遍历数据中的每个字节
    for (size_t i = 0; i < length; i++) {
        crc ^= (uint16_t)data[i]; // 将字节与当前 CRC 值异或

        // 对 CRC 值进行 8 次位移和异或操作
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
            if (crc & 0x0001) {
                crc >>= 1;
                crc ^= 0xA001; // 多项式 0x8005 反向是 0xA001
            } else {
                crc >>= 1;
            }
        }
    }
    return crc; // 返回计算出的 CRC 值
}

// 测试函数
int main(void) {
    uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; // 示例数据
    size_t length = sizeof(data) / sizeof(data[0]);

    uint16_t crc = CRC16_Modbus(data, length);
    printf("CRC-16-MODBUS: 0x%04X\n", crc); // 打印 CRC 值
    return 0;
}

运行结果：