Qt QByteArray做CRC16-modbus校验

在Qt中使用系统串口通讯类QSerialPort时，数据返回都是QByteArray格式，所以在做数据发送和接收时，根据自定义的协议要求，就需要对数据进行校验，此篇文章讲的就是关于CRC16-modbus校验。

1. CRC16 - Modbus 算法概述

   • CRC16 - Modbus 是一种特定的 CRC16 校验算法，它在 Modbus 通信协议中被广泛使用。Modbus 是一种工业通信协议，用于在不同设备之间进行数据交换，如 PLC（可编程逻辑控制器）和上位机之间。CRC16 - Modbus 算法用于确保数据在传输过程中的完整性。

   • 它的生成多项式为x^16 + x^15 + x^2 + 1，对应的十六进制数是0xA001。在计算 CRC16 - Modbus 时，数据的每个字节都会参与运算，最终得到一个 16 位的校验和。
2. 在 Qt 中实现 CRC16 - Modbus 计算

   • 以下是一个在 Qt 中实现 CRC16 - Modbus 计算的函数示例：

     quint16 crc16Modbus(const QByteArray& data) {
         quint16 crc = 0xFFFF;
         for (int i = 0; i < data.length(); i++) {
             crc ^= static_cast<quint16>((quint8)data[i]);
             for (int j = 0; j < 8; j++) {
                 if (crc & 0x0001) {
                     crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
                 } else {
                     crc = (crc >> 1);
                 }
             }
         }
         return crc;
     }

   • 这个函数接受一个QByteArray类型的数据作为参数。它首先将crc初始化为0xFFFF，然后对于数据中的每个字节，先将其与crc进行异或操作。接着，通过一个内部循环 8 次（因为一个字节有 8 位）来更新crc的值。如果crc的最低位为 1，则将crc右移 1 位后与0xA001进行异或操作；否则，只将crc右移 1 位。最后，返回计算得到的 CRC16 - Modbus 值。

        注意：在对QByteArray中单个字节进行转换计算时一定要将单字节强制转换成quint8类型后再计算，QByteArray存储的是char，其默认是有符号的，有符号类型的最高位用于表示符号（0 表示正数，1 表示负数）；当进行位运算时，例如移位操作，如果是有符号的char，对于负数可能会出现不符合预期的结果。因为在有符号数的算术移位中，右移操作会在高位补符号位，左移操作可能会导致符号位的改变而使结果解释出现问题。

例如，你可以这样使用这个函数：

QByteArray dataToSend = QByteArray::fromHex("010300000002");
quint16 crcValue = crc16Modbus(dataToSend);
// 将crcValue转换为字节序正确的字节数组形式并附加到dataToSend后面用于发送
QByteArray crcBytes;
crcBytes.append(static_cast<char>(crcValue & 0xff));
crcBytes.append(static_cast<char>((crcValue >> 8) & 0xff));
dataToSend.append(crcBytes);

• 在上述示例中，首先创建了一个QByteArray表示要发送的数据（这里是一个简单的 Modbus 请求示例），然后计算其 CRC16 - Modbus 值。最后，将 CRC 值转换为字节数组并附加到原始数据后面，这样就可以将完整的数据（包括数据部分和 CRC 校验部分）发送出去。在接收端，也可以使用相同的算法来验证接收到的数据的完整性。