301医院田文个人简历:CRC实现之CRC通用算法

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/03/28 20:38:46
CRC实现之CRC通用算法(一) 发布于:软件开发网 来源:互联网 作者:佚名 时间:2009-02-26 00:04

看了两天的CRC,网上的资料大致可分两类,要么数学公式一大堆,最终只告诉你用先移相应位,再用短除法求余数就是对应的CRC码;要么全是代码,并且只针对一种CRC生成多项式。这两种都很难看懂哦,看的我头都大了。最后终于找到一篇理论与实践相结合的,才有了点眉目,仔细想了想,依样画葫芦,写出了对应的通用算法,我只验证了N=4和N=16的情况,其他的如果有什么问题大家可以向我说,我们一起讨论。如果你要这方面的资料,我可以把我搜集到的发给你,请留下邮箱。

好了,不说废话了,通用算法如下:

/*
* CRC通用算法 *
* version1.0 *
* byYinpei *
* WuhanUniversity *
* 2006年11月18日 *
*/
#defineCRC_NUM_N//定义每种CRC的校验码比特数
/*
CRC_NUM_32==32
CRC_NUM_24==24
CRC_NUM_16==16
CRC_NUM_12==12
CRC_NUM_8 ==8
CRC_NUM_4 ==4
*/
#defineLIMIT_MASK_N//定义每种CRC校验码的最大值
/*
LIMIT_MASK_32==0xFFFFFFFF
LIMIT_MASK_24==0xFFFFFF
LIMIT_MASK_16==0xFFFF
LIMIT_MASK_12==0xFFF
LIMIT_MASK_8 ==0xFF
LIMIT_MASK_4 ==0xF
*/
#defineMSB_MASK_N//用于检测CRC校验码左移一位后是否会溢出(所占比特数超出CRC_NUM_N)
/*
MSB_MASK_32==0x80000000
MSB_MASK_24==0x800000
MSB_MASK_16==0x8000
MSB_MASK_12==0x800
MSB_MASK_8 ==0x80
MSB_MASK_4 ==0x8
*/
#defineR_N//根据N次生成多项式得到的1的对应的余数多项式对应CRC(0相应的余数为0)
/*
g_24(D)=D24 D23 D6 D5 D 1 : R_24==100000000000000001100011==0x800063
g_16(D)=D16 D12 D5 1 : R_16==1000000100001==0x1021
g_12(D)=D12 D11 D3 D2 D 1 : R_12==100000001111==0x80F
g_8(D)=D8 D7 D4 D3 D 1 : R_8 ==10011011==0x9B
g_4(D)=D4 D3 D2 1 : R_4 ==1101==0xD
*/
//N表示生成多项式的最高阶数,常见如32、24、16、12、8、4
unsignedintcal_crcN(unsignedchar*ptr,unsignedcharlen){
unsignedinti;
unsignedintcrc=0;
while(len--!=0)
{
//此处迭代变量为0x80,表示以字节为单位存储源数据,并且每个字节迭代8次,分别处理每个位
for(i=0x80;i!=0;i/=2)
{
//通过MSB_MASK_N检测CRC校验码左移一位后是否会溢出
if((crc&MSB_MASK_N)!=0)
{
//如果会溢出
crc*=2;
crc&=LIMIT_MASK_N;//取有效比特位,使其在CRC_NUM_N内
crc^=R_N;
}/*余式CRC乘以2再求CRC*/
elsecrc*=2;
if((*ptr&i)!=0)crc^=R_N;/*再加上本位的CRC*/
}
ptr ;
}
return(crc);
}

验证程序:

main()
{
chartest[]={0x01};
intres_crc;
res_crc=cal_crc16(test,8);
printf("res_crc=%x\n",res_crc);
}

最后补充两句,这个通用算法是按位计算的,虽然代码简单,所占用的内存比较少,但其最大的缺点就是一位一位地计算会占用很多的处理器处理时间,尤其在高速通讯的场合,这个缺点更是不可容忍。今后我会给出更高效的通用算法。

CRC算法之二:具体实现代码


(1)比特型算法

      定义一个寄存器组,初始化为全"1"。每输入一个信息位,相当于一个时钟脉冲到来,从高到低依次移位。移位前信息位与bit0相加产生临时位,其中bit15移入临时位,bit10、bit3还要加上临时位。当全部信息位输入完成后,从寄存器组取出它们的值,这就是CRC码。

typedef unsigned char bit;
typedef unsigned char byte;
typedef unsigned short u16;
    
typedef union {
    u16 val;
    struct {
        u16 bit0 : 1;
        u16 bit1 : 1;
        u16 bit2 : 1;
        u16 bit3 : 1;
        u16 bit4 : 1;
        u16 bit5 : 1;
        u16 bit6 : 1;
        u16 bit7 : 1;
        u16 bit8 : 1;
        u16 bit9 : 1;
        u16 bit10 : 1;
        u16 bit11 : 1;
        u16 bit12 : 1;
        u16 bit13 : 1;
        u16 bit14 : 1;
        u16 bit15 : 1;
    } bits;
} CRCREGS;


CRCREGS regs;              // 寄存器组

void crcInitRegisters()   // 初始化CRC寄存器组:移位寄存器置为全"1"
{
      regs.val = 0xffff;
}

void crcInputBit(bit in)
{
    bit a;
    a = regs.bits.bit0 ^ in;
    
    regs.bits.bit0 = regs.bits.bit1;
    regs.bits.bit1 = regs.bits.bit2;
    regs.bits.bit2 = regs.bits.bit3;
    regs.bits.bit3 = regs.bits.bit4 ^ a;
    regs.bits.bit4 = regs.bits.bit5;
    regs.bits.bit5 = regs.bits.bit6;
    regs.bits.bit6 = regs.bits.bit7;
    regs.bits.bit7 = regs.bits.bit8;
    regs.bits.bit8 = regs.bits.bit9;
    regs.bits.bit9 = regs.bits.bit10;
    regs.bits.bit10 = regs.bits.bit11 ^ a;
    regs.bits.bit11 = regs.bits.bit12;
    regs.bits.bit12 = regs.bits.bit13;
    regs.bits.bit13 = regs.bits.bit14;
    regs.bits.bit14 = regs.bits.bit15;
    regs.bits.bit15 = a;
}

 

u16 crcGetRegisters()   // 输出CRC码(寄存器组的值)
{
    return regs.val;
}

其中,上面的crcInputBit中一步一步的移位/异或操作,所以函数可以进行简化:
void crcInputBit(bit in)
{
    bit a;
    a = regs.bits.bit0 ^ in;
    regs.val >>= 1;
    if(a)

         regs.val ^= 0x8408;
}
(2)比特型算法的实例

     下面是一个典型的PPP帧。最后两个字节称为FCS(Frame Check Sequence),是前面11个字节的CRC。

FF 03 C0 21 04 03 00 07 0D 03 06 D0 3A  。我们来计算这个PPP帧的CRC,并验证它。

A,计算CRC

byte ppp[13] = {0xFF, 0x03, 0xC0, 0x21, 0x04, 0x03, 0x00, 0x07, 0x0D, 0x03, 0x06, 0x00, 0x00};

int i,j;
u16 result;
    
crcInitRegisters();   // 初始化
for(i = 0; i < 11; i++)     // 逐位输入,每个字节低位在先,不包括两个FCS字节,故11
{
     for(j = 0; j < 8; j++)
     {
          crcInputBit((ppp[i] >> j) & 1);
     }
}

result = ~crcGetRegisters();   // 得到CRC:将寄存器组的值求反
ppp[11] = result & 0xff;          // 填写FCS,先低后高
ppp[12] = (result >> 8) & 0xff;
可以看到,计算出的CRC等于0x3AD0,与原来的FCS相同。

 

B,以下验证FCS
crcInitRegisters();     // 初始化
for(i = 0; i < 13; i++)    // 逐位输入,每个字节低位在先,包括两个FCS字节
{
     for(j = 0; j < 8; j++)
    {
          crcInputBit((ppp[i] >> j) & 1);
     }
}
result = crcGetRegisters();     // 得到验证结果
验证结果等于0。初始化为全"1",以及将寄存器组的值求反得到CRC,都是CRC-ITU的要求。事实上,不管初始化为全"1"还是全"0",计算CRC取反还是不取反,得到的验证结果都是0。

(3)字节型算法

      比特型算法逐位进行运算,效率比较低,不适用于高速通信的场合。数字通信系统(各种通信标准)一般是对一帧数据进行CRC校验,而字节是帧的基本单位。最常用的是一种按字节查表的快速算法。该算法基于这样一个事实:计算本字节后的CRC码,等于上一字节余式CRC码的低8位左移8位,加上上一字节CRC右移8位和本字节之和后所求得的CRC码。如果我们把8位二进制序列数的CRC(共256个)全部计算出来,放在一个表里 ,编码时只要从表中查找对应的值进行处理即可。
      下面是通用的CRC-ITU查找表以及计算和验证CRC的C语言程序:

const u16 crctab16[] =          // CRC-ITU查找表
{
    0x0000, 0x1189, 0x2312, 0x329b, 0x4624, 0x57ad, 0x6536, 0x74bf,
    0x8c48, 0x9dc1, 0xaf5a, 0xbed3, 0xca6c, 0xdbe5, 0xe97e, 0xf8f7,
    0x1081, 0x0108, 0x3393, 0x221a, 0x56a5, 0x472c, 0x75b7, 0x643e,
    0x9cc9, 0x8d40, 0xbfdb, 0xae52, 0xdaed, 0xcb64, 0xf9ff, 0xe876,
    0x2102, 0x308b, 0x0210, 0x1399, 0x6726, 0x76af, 0x4434, 0x55bd,
    0xad4a, 0xbcc3, 0x8e58, 0x9fd1, 0xeb6e, 0xfae7, 0xc87c, 0xd9f5,
    0x3183, 0x200a, 0x1291, 0x0318, 0x77a7, 0x662e, 0x54b5, 0x453c,
    0xbdcb, 0xac42, 0x9ed9, 0x8f50, 0xfbef, 0xea66, 0xd8fd, 0xc974,
    0x4204, 0x538d, 0x6116, 0x709f, 0x0420, 0x15a9, 0x2732, 0x36bb,
    0xce4c, 0xdfc5, 0xed5e, 0xfcd7, 0x8868, 0x99e1, 0xab7a, 0xbaf3,
    0x5285, 0x430c, 0x7197, 0x601e, 0x14a1, 0x0528, 0x37b3, 0x263a,
    0xdecd, 0xcf44, 0xfddf, 0xec56, 0x98e9, 0x8960, 0xbbfb, 0xaa72,
    0x6306, 0x728f, 0x4014, 0x519d, 0x2522, 0x34ab, 0x0630, 0x17b9,
    0xef4e, 0xfec7, 0xcc5c, 0xddd5, 0xa96a, 0xb8e3, 0x8a78, 0x9bf1,
    0x7387, 0x620e, 0x5095, 0x411c, 0x35a3, 0x242a, 0x16b1, 0x0738,
    0xffcf, 0xee46, 0xdcdd, 0xcd54, 0xb9eb, 0xa862, 0x9af9, 0x8b70,
    0x8408, 0x9581, 0xa71a, 0xb693, 0xc22c, 0xd3a5, 0xe13e, 0xf0b7,
    0x0840, 0x19c9, 0x2b52, 0x3adb, 0x4e64, 0x5fed, 0x6d76, 0x7cff,
    0x9489, 0x8500, 0xb79b, 0xa612, 0xd2ad, 0xc324, 0xf1bf, 0xe036,
    0x18c1, 0x0948, 0x3bd3, 0x2a5a, 0x5ee5, 0x4f6c, 0x7df7, 0x6c7e,
    0xa50a, 0xb483, 0x8618, 0x9791, 0xe32e, 0xf2a7, 0xc03c, 0xd1b5,
    0x2942, 0x38cb, 0x0a50, 0x1bd9, 0x6f66, 0x7eef, 0x4c74, 0x5dfd,
    0xb58b, 0xa402, 0x9699, 0x8710, 0xf3af, 0xe226, 0xd0bd, 0xc134,
    0x39c3, 0x284a, 0x1ad1, 0x0b58, 0x7fe7, 0x6e6e, 0x5cf5, 0x4d7c,
    0xc60c, 0xd785, 0xe51e, 0xf497, 0x8028, 0x91a1, 0xa33a, 0xb2b3,
    0x4a44, 0x5bcd, 0x6956, 0x78df, 0x0c60, 0x1de9, 0x2f72, 0x3efb,
    0xd68d, 0xc704, 0xf59f, 0xe416, 0x90a9, 0x8120, 0xb3bb, 0xa232,
    0x5ac5, 0x4b4c, 0x79d7, 0x685e, 0x1ce1, 0x0d68, 0x3ff3, 0x2e7a,
    0xe70e, 0xf687, 0xc41c, 0xd595, 0xa12a, 0xb0a3, 0x8238, 0x93b1,
    0x6b46, 0x7acf, 0x4854, 0x59dd, 0x2d62, 0x3ceb, 0x0e70, 0x1ff9,
    0xf78f, 0xe606, 0xd49d, 0xc514, 0xb1ab, 0xa022, 0x92b9, 0x8330,
    0x7bc7, 0x6a4e, 0x58d5, 0x495c, 0x3de3, 0x2c6a, 0x1ef1, 0x0f78,
};

u16 GetCrc16(const byte* pData, int nLength)    // 计算给定长度数据的16位CRC。
{
    u16 fcs = 0xffff;    // 初始化
   while(nLength>0)
    {
        fcs = (fcs >> 8) ^ crctab16[(fcs ^ *pData) & 0xff];
        nLength--;
        pData++;
    }
    return ~fcs;    // 取反
}

bool IsCrc16Good(const byte* pData, int nLength)   // 检查给定长度数据的16位CRC是否正确。
{
    u16 fcs = 0xffff;    // 初始化 
    while(nLength>0)
    {
        fcs = (fcs >> 8) ^ crctab16[(fcs ^ *pData) & 0xff];
        nLength--;
        pData++;
    }
    return (fcs == 0xf0b8);  // 0xf0b8是CRC-ITU的"Magic Value"
}

(4)字节型算法实例

      使用字节型算法,前面出现的PPP帧FCS计算和验证过程,可用下面的程序片断实现:

byte ppp[13] = {0xFF, 0x03, 0xC0, 0x21, 0x04, 0x03, 0x00, 0x07, 0x0D, 0x03, 0x06, 0x00, 0x00};
u16 result;
result = GetCrc16(ppp, 11);        // 计算CRC
ppp[11] = result & 0xff;              // 填写FCS,先低后高
ppp[12] = (result >> 8) & 0xff;
if(IsCrc16Good(ppp, 13))      // 验证FCS
{
        ... ...
}
该例中数据长度为11,说明CRC计算并不要求数据2字节或4字节对齐。

      至于查找表的生成算法,以及CRC-32等其它CRC的算法,可参考RFC 1661, RFC 3309等文档。需要注意的是,虽然CRC算法的本质是一样的,但不同的协议、标准所规定的初始化、移位次序、验证方法等可能有所差别