CRC校驗的C語言實現

時間  2019-11-30
標籤 crc 校驗 c語言 實現 欄目 OS基礎 简体版
原文   原文鏈接

文章轉自 循環冗餘校驗（CRC）算法入門引導 - Ivan 的專欄 - 博客頻道 - CSDN.NET
web

http://blog.csdn.net/liyuanbhu/article/details/7882789算法

 

 

1、原理部分編程

CRC 算法的基本思想是將傳輸的數據當作一個位數很長的數，將這個數除以另外一個數，獲得的餘數做爲校驗數據附加到原數據後面。除法採用正常的多項式乘除法，而加減法都採用模2運算。模2運算就是結果除以2後取餘數，如3 mod 2 = 1，在計算機中就是異或運算：app

例如：ide

 

要傳輸的數據爲：1101011011函數

除數設爲：10011oop

在計算前先將原始數據後面填上4個0：11010110110000，之因此要補0，補0的個數就是獲得的餘數位數。大數據

 

採用了模2的加減法後，不須要考慮借位的問題。最後獲得的餘數就是CRC 校驗字。爲了進行CRC運算，也就是這種特殊的除法運算，必需要指定個被除數，在CRC算法中，這個被除數有一個專有名稱叫作「生成多項式」。文獻中提到的生成多項式常常會說到多項式的位寬（Width，簡記爲W），這個位寬不是多項式對應的二進制數的位數，而是位數減1。好比CRC8中用到的位寬爲8的生成多項式，其實對應得二進制數有九位：100110001。ui

2、編程實現編碼

 

假設咱們的生成多項式爲：100110001（簡記爲0x31），也就是CRC-8

則計算步驟以下：

（1）      將CRC寄存器（8-bits，比生成多項式少1bit）賦初值0

（2）      在待傳輸信息流後面加入8個0

（3）      While (數據未處理完)

（4）      Begin

（5）          If (CRC寄存器首位是1)

（6）              reg = reg XOR 0x31

（7）          CRC寄存器左移一位，讀入一個新的數據於CRC寄存器的0 bit的位置。

（8）      End

（9）      CRC寄存器就是咱們所要求的餘數。

實際上，真正的CRC 計算一般與上面描述的還有些出入。這是由於這種最基本的CRC除法有個很明顯的缺陷，就是數據流的開頭添加一些0並不影響最後校驗字的結果。所以真正應用的CRC 算法基本都在原始的CRC算法的基礎上作了些小的改動。

所謂的改動，也就是增長了兩個概念，第一個是「餘數初始值」，第二個是「結果異或值」。

所謂的「餘數初始值」就是在計算CRC值的開始，給CRC寄存器一個初始值。「結果異或值」是在其他計算完成後將CRC寄存器的值在與這個值進行一下異或操做做爲最後的校驗值。

常見的三種CRC 標準用到個各個參數以下表。

 

CCITT

CRC16

CRC32

校驗和位寬W

16

16

32

生成多項式

x16+x12+x5+1

x16+x15+x2+1

x32+x26+x23+x22+x16+

x12+x11+x10+x8+x7+x5+

x4+x2+x1+1

除數（多項式）

0x1021

0x8005

0x04C11DB7

餘數初始值

0xFFFF

0x0000

0xFFFFFFFF

結果異或值

0x0000

0x0000

0xFFFFFFFF

 

加入這些變形後，常見的算法描述形式就成了這個樣子了：

（1）      設置CRC寄存器，並給其賦值爲「餘數初始值」。

               while(數據未處理完)

               begin(8_bit)           

（2）      將數據的第一個8-bit字符與CRC寄存器進行異或，並把結果存入CRC寄存器。

（3）      CRC寄存器向右移一位，MSB補零，移出並檢查LSB。                                    

（4）      若是LSB爲0，重複第三步；若LSB爲1，CRC寄存器與0x31相異或。              

（5）      重複第3與第4步直到8次移位所有完成。此時一個8-bit數據處理完畢。

               end(8-bit)

（6）      重複第2至第5步直到全部數據所有處理完成。

（7）      最終CRC寄存器的內容與「結果異或值」進行或非操做後即爲CRC值。

示例性的C代碼以下所示，由於效率很低，項目中如對計算時間有要求應該避免採用這樣的代碼。這個代碼有一個crc的參數，能夠將上次計算的crc結果傳入函數中做爲此次計算的初始值，這對大數據塊的CRC計算是頗有用的，不須要一次將全部數據讀入內存，而是讀一部分算一次，全讀完後就計算完了。這對內存受限系統仍是頗有用的。

[cpp] view plain copy
 
 在CODE上查看代碼片派生到個人代碼片
  1. #define POLY        0x1021  
  2. /** 
  3.  * Calculating CRC-16 in 'C' 
  4.  * @para addr, start of data 
  5.  * @para num, length of data 
  6.  * @para crc, incoming CRC 
  7.  */  
  8. uint16_t crc16(unsigned char *addr, int num, uint16_t crc)  
  9. {  
  10.     int i;  
  11.     for (; num > 0; num--)              /* Step through bytes in memory */  
  12.     {  
  13.         crc = crc ^ (*addr++ << 8);     /* Fetch byte from memory, XOR into CRC top byte*/  
  14.         for (i = 0; i < 8; i++)             /* Prepare to rotate 8 bits */  
  15.         {  
  16.             if (crc & 0x8000)            /* b15 is set... */  
  17.                 crc = (crc << 1) ^ POLY;    /* rotate and XOR with polynomic */  
  18.             else                          /* b15 is clear... */  
  19.                 crc <<= 1;                  /* just rotate */  
  20.         }                             /* Loop for 8 bits */  
  21.         crc &= 0xFFFF;                  /* Ensure CRC remains 16-bit value */  
  22.     }                               /* Loop until num=0 */  
  23.     return(crc);                    /* Return updated CRC */  
  24. }  

上面的算法對數據流逐位進行計算，效率很低。實際上仔細分析CRC計算的數學性質後咱們能夠多位多位計算，最經常使用的是一種按字節查表的快速算法。該算法基於這樣一個事實：計算本字節後的CRC碼，等於上一字節餘式CRC碼的低8位左移8位，加上上一字節CRC右移 8位和本字節之和後所求得的CRC碼。若是咱們把8位二進制序列數的CRC(共256個)所有計算出來，放在一個表裏，編碼時只要從表中查找對應的值進行處理便可。

按照這個方法，能夠有以下的代碼（這個代碼來自Micbael Barr的書「Programming Embedded Systems in C and C++」 ）：

 

[cpp] view plain copy
 
 在CODE上查看代碼片派生到個人代碼片
  1. /* 
  2. crc.h 
  3. */  
  4.   
  5. #ifndef CRC_H_INCLUDED  
  6. #define CRC_H_INCLUDED  
  7.   
  8. /* 
  9. * The CRC parameters. Currently configured for CCITT. 
  10. * Simply modify these to switch to another CRC Standard. 
  11. */  
  12. /* 
  13. #define POLYNOMIAL          0x8005 
  14. #define INITIAL_REMAINDER   0x0000 
  15. #define FINAL_XOR_VALUE     0x0000 
  16. */  
  17. #define POLYNOMIAL          0x1021  
  18. #define INITIAL_REMAINDER   0xFFFF  
  19. #define FINAL_XOR_VALUE     0x0000  
  20.   
  21. /* 
  22. #define POLYNOMIAL          0x1021 
  23. #define POLYNOMIAL          0xA001 
  24. #define INITIAL_REMAINDER   0xFFFF 
  25. #define FINAL_XOR_VALUE     0x0000 
  26. */  
  27.   
  28. /* 
  29. * The width of the CRC calculation and result. 
  30. * Modify the typedef for an 8 or 32-bit CRC standard. 
  31. */  
  32. typedef unsigned short width_t;  
  33. #define WIDTH (8 * sizeof(width_t))  
  34. #define TOPBIT (1 << (WIDTH - 1))  
  35.   
  36. /** 
  37.  * Initialize the CRC lookup table. 
  38.  * This table is used by crcCompute() to make CRC computation faster. 
  39.  */  
  40. void crcInit(void);  
  41.   
  42. /** 
  43.  * Compute the CRC checksum of a binary message block. 
  44.  * @para message, 用來計算的數據 
  45.  * @para nBytes, 數據的長度 
  46.  * @note This function expects that crcInit() has been called 
  47.  *       first to initialize the CRC lookup table. 
  48.  */  
  49. width_t crcCompute(unsigned char * message, unsigned int nBytes);  
  50.   
  51. #endif // CRC_H_INCLUDED  

 

[cpp] view plain copy
 
 在CODE上查看代碼片派生到個人代碼片
  1. /* 
  2.  *crc.c 
  3.  */  
  4.   
  5. #include "crc.h"  
  6. /* 
  7. * An array containing the pre-computed intermediate result for each 
  8. * possible byte of input. This is used to speed up the computation. 
  9. */  
  10. static width_t crcTable[256];  
  11.   
  12. /** 
  13.  * Initialize the CRC lookup table. 
  14.  * This table is used by crcCompute() to make CRC computation faster. 
  15.  */  
  16. void crcInit(void)  
  17. {  
  18.     width_t remainder;  
  19.     width_t dividend;  
  20.     int bit;  
  21.     /* Perform binary long division, a bit at a time. */  
  22.     for(dividend = 0; dividend < 256; dividend++)  
  23.     {  
  24.         /* Initialize the remainder.  */  
  25.         remainder = dividend << (WIDTH - 8);  
  26.         /* Shift and XOR with the polynomial.   */  
  27.         for(bit = 0; bit < 8; bit++)  
  28.         {  
  29.             /* Try to divide the current data bit.  */  
  30.             if(remainder & TOPBIT)  
  31.             {  
  32.                 remainder = (remainder << 1) ^ POLYNOMIAL;  
  33.             }  
  34.             else  
  35.             {  
  36.                 remainder = remainder << 1;  
  37.             }  
  38.         }  
  39.         /* Save the result in the table. */  
  40.         crcTable[dividend] = remainder;  
  41.     }  
  42. } /* crcInit() */  
  43.   
  44. /** 
  45.  * Compute the CRC checksum of a binary message block. 
  46.  * @para message, 用來計算的數據 
  47.  * @para nBytes, 數據的長度 
  48.  * @note This function expects that crcInit() has been called 
  49.  *       first to initialize the CRC lookup table. 
  50.  */  
  51. width_t crcCompute(unsigned char * message, unsigned int nBytes)  
  52. {  
  53.     unsigned int offset;  
  54.     unsigned char byte;  
  55.     width_t remainder = INITIAL_REMAINDER;  
  56.     /* Divide the message by the polynomial, a byte at a time. */  
  57.     for( offset = 0; offset < nBytes; offset++)  
  58.     {  
  59.         byte = (remainder >> (WIDTH - 8)) ^ message[offset];  
  60.         remainder = crcTable[byte] ^ (remainder << 8);  
  61.     }  
  62.     /* The final remainder is the CRC result. */  
  63.     return (remainder ^ FINAL_XOR_VALUE);  
  64. } /* crcCompute() */  

上面代碼中crcInit() 函數用來計算crcTable，所以在調用 crcCompute 前必須先調用 crcInit()。

相關文章
相關標籤/搜索
每日一句
    每一个你不满意的现在，都有一个你没有努力的曾经。
本站公眾號
   歡迎關注本站公眾號,獲取更多信息
聯繫我們 最近搜索 最新文章 沪ICP备13005482号-10 MyBatis教程 SQL 教程 MySQL教程 Java 教程 Thymeleaf 教程 Hibernate教程 Spring教程 Redis教程