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循环冗余码校验原理浅析

循环冗余码校验原理浅析

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  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。他将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数,发送时用双方预先约定的生成多项式G(x)去除,求得一个余数多项式,将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端,接收端同样用G(x)去除接收到的数据,进行计算,然后把计算结果和实际接收到的余数多项式数据进行比较,相同的话表示传输正确。CRC校验检错能力强,容易实现,是目前应用最广的检错码编码方式之一。
在国际标准中,根据生成多项式G(x)的不同,CRC又可分为以下几种标准:
  ①CRC-12码:   G(x)=X12+X11+X3+X2+X+1
  ②CRC-16码:   G(x)=X16+X15+X2+1
  ③CRC-CCITT码: G(x)=X16+X12+X5+1
  ④CRC-32码:   G(x)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X1+X+1
  CRC-12码通常用来传送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT码则用是来传送8-bit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。下面以最常用的CRC-16为例来说明其生成过程。
  CRC-16码由两个字节构成,在开始时CRC寄存器的每一位都预置为1,然后把CRC寄存器与8-bit的数据进行异或,之后对CRC寄存器从高到低进行移位,在最高位(MSB)的位置补零,而最低位(LSB,移位后已经被移出CRC寄存器)如果为1,则把寄存器与预定义的多项式码进行异或,否则如果LSB为零,则无需进行异或。重复上述的由高至低的移位8次,第一个8-bit数据处理完毕,用此时CRC寄存器的值与下一个8-bit数据异或并进行如前一个数据似的8次移位。所有的字符处理完成后CRC寄存器内的值即为最终的CRC值。 PLC
  下面为CRC的计算过程:
  1.设置CRC寄存器,并给其赋值FFFF(hex)。
  2.将数据的第一个8-bit字符与16位CRC寄存器的低8位进行异或,并把结果存入CRC寄存器。
  3.CRC寄存器向右移一位,MSB补零,移出并检查LSB。
  4.如果LSB为0,重复第三步;若LSB为1,CRC寄存器与多项式码相异或。
  5.重复第3与第4步直到8次移位全部完成。此时一个8-bit数据处理完毕。
  6.重复第2至第5步直到所有数据全部处理完成。
  7.最终CRC寄存器的内容即为CRC值。

二、 循环冗余码校验程序的编写

  明白了CRC校验码的产生过程,编写起程序来就非常容易了。由于Visual Basic的广泛普及以及其在数据通讯中的重要地位,下面就以VB语言来编写CRC的生成程序,其它语言只需稍做修改即可。
  编写CRC校验程序有两种办法:一种为计算法,一种为查表法。通常使用查表法,尤其在VB程序中,可以大大降低CPU的运算时间。下面对两种方法分别讨论。

  1.计算法
  计算法就是依据CRC校验码的产生原理来设计程序。其优点是模块代码少,修改灵活,可移植性好。其缺点为计算量大。为了便于理解,这里假定了三位数据,而多项式码为A001(hex)。
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  在窗体上放置一命令按钮Command1,并添加如下代码:

  Private Sub Command1_Click()
   Dim CRC() As Byte
   Dim d() As Byte '待传输数据
   ReDim d(2) As Byte
   d(0) = 123
   d(1) = 112
   d(2) = 135
   CRC = CRC16(d) '调用CRC16计算函数
   'CRC(0)为高位
   'CRC(1)为低位
  End Sub
  注意:在数据传输时CRC的低位可能在前,而高位在后。

  Function CRC16(data() As Byte) As String
   Dim CRC16Lo As Byte, CRC16Hi As Byte   'CRC寄存器
   Dim CL As Byte, CH As Byte        '多项式码&HA001
   Dim SaveHi As Byte, SaveLo As Byte
   Dim i As Integer
   Dim Flag As Integer
   CRC16Lo = &HFF
   CRC16Hi = &HFF
   CL = &H1
   CH = &HA0
   For i = 0 To UBound(data)
    CRC16Lo = CRC16Lo Xor data(i) '每一个数据与CRC寄存器进行异或
    For Flag = 0 To 7
     SaveHi = CRC16Hi
     SaveLo = CRC16Lo PLC
     CRC16Hi = CRC16Hi \ 2      '高位右移一位
     CRC16Lo = CRC16Lo \ 2      '低位右移一位
     If ((SaveHi And &H1) = &H1) Then '如果高位字节最后一位为1
      CRC16Lo = CRC16Lo Or &H80   '则低位字节右移后前面补1
     End If              '否则自动补0
     If ((SaveLo And &H1) = &H1) Then '如果LSB为1,则与多项式码进行异或
      CRC16Hi = CRC16Hi Xor CH
      CRC16Lo = CRC16Lo Xor CL
     End If
    Next Flag
   Next i
   Dim ReturnData(1) As Byte
   ReturnData(0) = CRC16Hi       'CRC高位
   ReturnData(1) = CRC16Lo       'CRC低位
   CRC16 = ReturnData
  End Function

  2.查表法
  查表法的优缺点与计算法的正好相反。为了便于比较,这里所有的假定与计算法的完全相同,都而在窗体上放置一个Command1的按钮,其代码部分与上面的也完全一致。下面只介绍CRC函数的编写源代码。


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