CRC校验

本文主要介绍CRC16校验码相关内容。先说明了其在Modbus协议485通讯中的使用方法,接收方通过计算校验码对比判断信息是否正确。接着阐述了常用的查表法和计算法两种计算方式,还列举了CRC16常见标准的算法差异,最后介绍了算法原理及程序编写思路。

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一、CRC16校验码的使用

现选择最常用的CRC-16校验,说明它的使用方法。
根据Modbus协议,常规485通讯的信息发送形式如下:
  地址 功能码 数据信息 校验码
  1byte 1byte nbyte 2byte
CRC校验是前面几段数据内容的校验值,为一个16位数据,发送时,低8位在前,高8为最后。
  例如:信息字段代码为: 1011001,校验字段为:1010。
  发送方:发出的传输字段为: 1 0 1 1 0 0 1 1 0 10
  信息字段 校验字段
  接收方:使用相同的计算方法计算出信息字段的校验码,对比接收到的实际校验码,如果相等及信息正确,不相等则信息错误;或者将接受到的所有信息除多项式,如果能够除尽,则信息正确。

二、CRC16校验码计算方法

常用查表法和计算法。计算方法一般都是:

  1. 预置1个16位的寄存器值0xFFFF,称此寄存器为CRC寄存器
  2. 把第一个8位二进制数据(既通讯信息帧的第一个字节)与16位的CRC寄存器的低8位相异或,把结果放于CRC寄存器,高八位数据不变
  3. 把CRC寄存器的内容右移一位(朝高位)用0填补最高位,并检查右移后的移出位
  4. 如果移出位为0:重复第3步(再次右移一位);如果移出位为1,CRC寄存器与一多项式(A001)进行异或
  5. 重复步骤3和4,直到右移8次,这样整个8位数据全部进行了处理
  6. 重复步骤2到步骤5,进行通讯信息帧下一个字节的处理
  7. 将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后,得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换
  8. 最后得到的CRC寄存器内容即为:CRC码

以上计算步骤中的多项式A001是8005按位颠倒后的结果。

查表法是将移位异或的计算结果做成了一个表,就是将0~256放入一个长度为16位的寄存器中的低八位,高八位填充0,然后将该寄存器与多项式0XA001按照上述3、4步骤,直到八位全部移出,最后寄存器中的值就是表格中的数据,高八位、低八位分别单独一个表。

三、CRC16常见几个标准的算法

CRC16常见的标准有以下几种,被用在各个规范中,其算法原理基本一致,就是在数据的输入和输出有所差异,下边把这些标准的差异列出,并给出C语言的算法实现。

  • CRC16_CCITT:多项式x16+x12+x5+1(0x1021),初始值0x0000,低位在前,高位在后,结果与0x0000异或
  • CRC16_CCITT_FALSE:多项式x16+x12+x5+1(0x1021),初始值0xFFFF,低位在后,高位在前,结果与0x0000异或
  • CRC16_XMODEM:多项式x16+x12+x5+1(0x1021),初始值0x0000,低位在后,高位在前,结果与0x0000异或
  • CRC16_X25:多项式x16+x12+x5+1(0x1021),初始值0x0000,低位在前,高位在后,结果与0xFFFF异或
  • CRC16_MODBUS:多项式x16+x15+x5+1(0x8005),初始值0xFFFF,低位在前,高位在后,结果与0x0000异或
  • CRC16_IBM:多项式x16+x15+x5+1(0x8005),初始值0x0000,低位在前,高位在后,结果与0x0000异或
  • CRC16_MAXIM:多项式x16+x15+x5+1(0x8005),初始值0x0000,低位在前,高位在后,结果与0xFFFF异或
  • CRC16_USB:多项式x16+x15+x5+1(0x8005),初始值0xFFFF,低位在前,高位在后,结果与0xFFFF异或

四、CRC16的算法原理及程序

  1. 根据CRC16的标准选择初值CRCIn的值
  2. 将数据的第一个字节与CRCIn高8位异或
  3. 判断最高位,若该位为 0 左移一位,若为 1 左移一位再与多项式Hex码异或
  4. 重复3直至8位全部移位计算结束
  5. 重复将所有输入数据操作完成以上步骤,所得16位数即16位CRC校验码

根据算法原理与标准要求就能简单的写出具体程序:

void InvertUint8(unsigned char *DesBuf, unsigned char *SrcBuf) {
	int i;
	unsigned char temp = 0;
	
	for(i = 0; i < 8; i++) {
		if(SrcBuf[0] & (1 << i)) {
			temp |= 1<<(7-i);
		}
	}		
	DesBuf[0] = temp;
}	


void InvertUint16(unsigned short *DesBuf, unsigned short *SrcBuf) {
	int i;
	unsigned short temp = 0;
	
	for(i = 0; i < 16; i++) {
		if(SrcBuf[0] & (1 << i)) {
			temp |= 1<<(15 - i);
		}
	}
	DesBuf[0] = temp; 
}

unsigned short CRC16_CCITT(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen) {
	unsigned short wCRCin = 0x0000;
	unsigned short wCPoly = 0x1021;
	unsigned char wChar = 0;

	while (usDataLen--) {
		wChar = *(puchMsg++);
		InvertUint8(&wChar, &wChar);
		wCRCin ^= (wChar << 8);

		for(int i = 0; i < 8; i++) {
			if(wCRCin & 0x8000) {
				wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
			}
			else {
				wCRCin = wCRCin << 1;
			}
		}
	}	
	InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
	return (wCRCin) ; 
}	

unsigned short CRC16_CCITT_FALSE(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen) {
	unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
	unsigned short wCPoly = 0x1021;
	unsigned char wChar = 0;

	while (usDataLen--) {
		wChar = *(puchMsg++);
		wCRCin ^= (wChar << 8);

		for(int i = 0; i < 8; i++) {
			if(wCRCin & 0x8000) {
				wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly; 
			}
			else {
				wCRCin = wCRCin << 1;
			}
		}
	}
	return (wCRCin) ;
}

unsigned short CRC16_XMODEM(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen) {
	unsigned short wCRCin = 0x0000;
	unsigned short wCPoly = 0x1021;
	unsigned char wChar = 0;

	while (usDataLen--) {
		wChar = *(puchMsg++);
		wCRCin ^= (wChar << 8);

		for(int i = 0; i < 8; i++) {
			if(wCRCin & 0x8000) {
				wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
			}
			else {
				wCRCin = wCRCin << 1;
			}
		}
	}
	return (wCRCin) ; 
}	


unsigned short CRC16_X25(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen) {
	unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
	unsigned short wCPoly = 0x1021;
	unsigned char wChar = 0;

	while (usDataLen--) {
		wChar = *(puchMsg++);
		InvertUint8(&wChar, &wChar);
		wCRCin ^= (wChar << 8);

		for(int i = 0;i < 8;i++) {
			if(wCRCin & 0x8000) {
				wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
			}
			else {
				wCRCin = wCRCin << 1;
			}
		}
	}
	InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
	return (wCRCin^0xFFFF) ;
}				



unsigned short CRC16_MODBUS(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen) {
	unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
	unsigned short wCPoly = 0x8005;	
	unsigned char wChar = 0;

	while (usDataLen--) {
		wChar = *(puchMsg++);
		InvertUint8(&wChar, &wChar);
		wCRCin ^= (wChar << 8);

		for(int i = 0; i < 8; i++) {
			if(wCRCin & 0x8000) {
				wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
			}
			else {
				wCRCin = wCRCin << 1;
			}
		}
	}
	InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
	return (wCRCin) ;
}				





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