解读CRC的校验原理

随着数据采集系统的功能日益强大，以及微型计算机的普及，在现代工业中，利用微机进行数据通讯的工业控制应用得也越来越广泛。特别是在大规模高精度数据采集系统中，对数据进行分析和计算将占用很大一部分单片机的资源，可以将采集到的数据通过串行通讯方式传送给PC机，由PC机来完成数据的处理工作。但是由于传输距离、现场状况等诸多可能出现的因素的影响，计算机与受控设备之间的通讯数据常会发生无法预测的错误。为了防止错误所带来的影响，在数据的接收端必须进行差错校验。虽然差错校验也可以完全由硬件来承担，但由于单片机和PC都具有很强的软件编程能力，这就为实施软件的差错校验提供了前提条件，而软件的差错校验有经济实用并且不增加硬件开销的优点。

1 CRC法的原理

传统的差错检验法有：奇偶校验法，校验和法，行列冗余校验法等。这些方法都是在数据后面加一定数量的冗余位同时发送出去，例如在单片机的通讯方式2和3中，TB8就可以作为奇偶校验位同数据一起发送出去，在数据的接收端通过对数据信息进行比较、判别或简单的求和运算，然后将所得和接收到的冗余位进行比较，若相等就认为数据接收正确，否则就认为数据传送过程中出现错误。但是冗余位只能反映数据行或列的奇偶情况，所以这 类检验方法对数据行或列的偶数个错误不敏感，漏判的概率很高。因此，此种方法的可靠性 就差。

循环冗余码校验英文名称为Cyclical Redundancy Check，简称CRC。它是利用除法及余数 的原理来作错误侦测(Error Detecting)的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CR C值不同，则说明数据通讯出现错误。由于这种方法取得校验码的方式具有很强的信息覆盖能力，所以它是一种效率极高的错误校验法。错误的概率几乎为零。在很多的仪器设备中都 采用这种冗余校验的通讯规约。

根据应用环境与习惯的不同，CRC又可分为以下几种标准：

① CRC-12码;② CRC-16码;

③ CRC-CCITT码;④ CRC-32码。

CRC-12码通常用来传送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT码则是用来传送8-b it字符，其中CRC-16为美国采用，而CRC-CCITT为欧洲国家所采用。CRC-32码大都被采用在一种称为Point-to-Point的同步传输中。

2 CRC校验码的生成过程

我们以最常用的CRC-16码作为例子进行说明。

冗余循环码包括2个字节，即16位二进制数。先预置16位寄存器全部为1，再逐 步把每8位的数据信息进行处理。在进行CRC计算时只用8位数据位，起始位和停止位，如有奇偶校验位的话也包括奇偶校验位，都不参与CRC计算。

在计算CRC码时，8位数据与寄存器的数据相异或，得到的数据向低位移一位，用 0填补最高位，再检查最低位。如果最低位为1，把寄存器的内容与预置数相异或;若最低位为0，则不进行异或计算。

这个过程一直重复8次，第8次移位后，下一个8位数据再与现在寄存器中的内容 相异或，这个过程和以上一样重复8次。当所有的信息处理完后，最后寄存器中的内容即为CRC码。这个CRC码将由发送设备跟在数据的最后一起发送。

计算CRC的步骤为：

(1)预置16位寄存器位十六进制数FFFF(即全为1)。称此寄存器位CRC寄存器。

(2)把第一个8位数据与16位寄存器的低位相异或，将结果放于CRC寄存器中;

(3)把寄存器的内容右移一位(朝低位)，用0填补最高位，检查最低位;

(4)如果最低位为0，重复第三步(再次移位);

如果最低位为1，CRC寄存器与多项式码进行异或;

(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5，进行下一个8位数据的处理;

(7)最后得到的CRC寄存器即为CRC码。

3 CRC软件实现

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

函数功能：求CRC16校验值程函数

修改日期：2006.7.4

待修改： OK

参数： *STr指向txbuf，待发送数组;

num为报文字节数

最后计算结果为2字节数。

MODBUS传输时，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计算子程序，

{

uchar i;

//uint crc;

crc=0xffff;

for (i=0; i {

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

crc=_irol_(crc,8); 　　　　　　　　　　//整形循环右移指令

crc= crc 0x00ff;

crc= crc ^ crctable[arc];

}

return(crc);

}

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

函数功能：CRC校验程函数

修改日期：2006.7.4

待修改： OK

参数： N为报文字节数，rxbuf[]为接收报文区

如果最后计算结果CRC==0，说明报文在传输过程中正确

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

void crc_verify(uchar N) //CRC校验程序

{

uchar i;

crc = 0xFFFF; //modbus_crc 初值

for (i=0; i=7;i++ ) //CRC校验方式 可以做一个子程序来处理

{

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

crc=_irol_(crc,8); //整形循环右移指令

crc= crc 0x00FF;

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

_nop_();

}

}

uint code crctable[]={ //CRC计算用表

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,