CRC8（8位crc）校驗在DS18B20中的應(yīng)用

　　DS18B20

　　DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。

　　主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。

　　DS18B20工作原理

　　DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。

　　計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器1的預(yù)置值。

　　CRC

　　冗余校驗（Cyclic Redundancy Check， CRC）是一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包或電腦文件等數(shù)據(jù)產(chǎn)生簡短固定位數(shù)校驗碼的一種散列函數(shù)，主要用來檢測或校驗數(shù)據(jù)傳輸或者保存后可能出現(xiàn)的錯誤。它是利用除法及余數(shù)的原理來作錯誤偵測的。

　　循環(huán)冗余校驗同其他差錯檢測方式一樣，通過在要傳輸?shù)膋比特數(shù)據(jù)D后添加（n-k）比特冗余位（又稱幀檢驗序列，F(xiàn)rame Check Sequence，F(xiàn)CS）F形成n比特的傳輸幀T，再將其發(fā)送出去。

　　校驗碼格式

　　特別的，循環(huán)冗余校驗提供一個預(yù)先設(shè)定的（n-k+1）比特整數(shù)P，并且要求添加的（n-k）比特F滿足：

　　T mod P == 0 ……（1）

　　T = 2n-kD + F …… （2）

　　基于上述要求，實際應(yīng)用時，發(fā)送方和接收方按以下方式通信：

　　1. 發(fā)送方和接收方在通信前，約定好預(yù)設(shè)整數(shù)P。

　　2. 發(fā)送方在發(fā)送前通過（1）和（2）式確定并填充F，然后發(fā)送。

　　3. 接收方收到數(shù)據(jù)，進行 result = T mod P 運算，當(dāng)且僅當(dāng)result = 0時接收方認(rèn)為沒有差錯。

　　發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)前需要確定填充的（n-k）比特F，以下提供了兩種等價的方式來確定F。

　　CRC8（8位crc）校驗在DS18B20中的應(yīng)用

　　CRC即循環(huán)冗余校驗碼（Cyclic Redundancy Check）：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。

　　CRC校驗可以簡單地描述為：例如我們要發(fā)送一些數(shù)據(jù)（信息字段），為了避免一些干擾以及在接收端的對讀取的數(shù)據(jù)進行判斷是否接受的是真實的數(shù)據(jù)，這時我們就要加上校驗數(shù)據(jù)（即CRC校驗碼），來判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確。在發(fā)送端，根據(jù)要傳送的k位二進制碼序列，以一定的規(guī)則（CRC校驗有不同的規(guī)則。這個規(guī)則，在差錯控制理論中稱為“生成多項式”。）產(chǎn)生一個校驗用的r位校驗碼（CRC碼），附在原始信息后邊，構(gòu)成一個新的二進制碼序列數(shù)共k+r位，然后發(fā)送出去。在接收端，根據(jù)信息碼和CRC碼之間所遵循的規(guī)則（即與發(fā)送時生成CRC校驗碼相同的規(guī)則）進行檢驗，校驗采用計算機的模二除法，即除數(shù)和被除數(shù)（即生成多項式）做異或運算，進行異或運算時除數(shù)和被除數(shù)最高位對齊，進行按位異或運算，若最終的數(shù)據(jù)能被除盡，則傳輸正確；否則，傳輸錯誤。

　　CRC8即最終生成的CRC校驗碼為1字節(jié)，其生成多項式，生成多項式為g（x）=x8+x5+x4+1，相當(dāng)于g（x）=1·x8+0·x7+0·x6+1·x5+1·x4+0·x3+0·x2+0·x1+1·x0，即對應(yīng)的二進制數(shù)為100110001。

　　CRC8校驗算法：

　　1.CRC8校驗的一般性算法：

　　例如： 信息字段代碼為： 00000001 00000010 ———— 對應(yīng)m（x）=x8+x

　　生成多項式為：g（x）=x8+x5+x4+1 ———— 對應(yīng)g（x）的二進制代碼為：100110001

　　現(xiàn)在我們將要對2字節(jié)數(shù)據(jù)0x0102生成CRC8校驗碼，并最終將生成的1字節(jié)CRC校驗碼跟在0x0102的后面，即 0x01 02 ##，（##即8為CRC碼），最終生成的3字節(jié)數(shù)據(jù)就是經(jīng)CRC8校驗生成的數(shù)據(jù)。

　　先計算x8m（x）=x16+x9，對應(yīng)的2進制數(shù)為：100000010 00000000 。可以看到這樣運算所得到的結(jié)果其實就是將信息字段代碼的數(shù)左移8位。因為最終要將生成的8位CRC8校驗碼附在信息字段的后面，所以要將信息字段的數(shù)左移8位。最后用x8m（x）得到的二進制數(shù)對生成多項式g（x）進行模二運算，最終的余數(shù)（其二進制數(shù)的位數(shù)一定比生成多項式g（x）的位數(shù)?。┚褪撬腃RC8校驗碼。

　?。ú钆c被除數(shù)高位對齊）

　　100000010 00000000

　　^ 100110001

　　---------------------------

　　000110011 00000000

　　^ 100110 001

　　---------------------------

　　010101 00100000

　　^ 10011 0001

　　---------------------------

　　00110 00110000

　　^ 100 110001

　　---------------------------

　　010 11110100

　　^ 10 0110001

　　---------------------------

　　00 10010110

　　對x8m（x）做模二運算取余得10010110（0x96），這個8位的二進制數(shù)就是CRC8校驗碼。所以，經(jīng)CRC8校驗后研發(fā)送的數(shù)據(jù)就是0x010296。

　　for （_bit = 8; _bit 》 0; --_bit）

　　{

　　if （crc & 0x80）

　　{

　　crc = （crc 《《 1） ^ 0x0131;（所有多項式的最高位都為1，所以左移1位）

　　}

　　else

　　{

　　crc = （crc 《《 1）;

　　}

　　}

　　CRC examples

　　The input message 11011100 （0xDC） will have as result 01111001 （0x79）。

　　The input message 01101000 00111010 （） will have as result 01111100 （0x7C）。

　　The input message 01001110 10000101 （） will have as result 01101011 （0x6B）。

　　2.CRC8校驗在DS18B20中的應(yīng)用：

　　以上分析的是常規(guī)的CRC8校驗方法。在DS18B20中，有兩處用到CRC。一是DS18B20的8字節(jié)的序列號，最后一字節(jié)是前面七個字節(jié)的CRC碼，這是為了保證序列號的唯一性與正確性；另一個是在DS18B20內(nèi)部9字節(jié)的高速溫度存儲器，其第9字節(jié)是前面8個字節(jié)的CRC校驗碼，這是為了溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。而在DS18B20中生成CRC碼所用到的方法不同于常規(guī)生成算法，它采用的是逆序CRC信息單元編碼算法，該CRC的生成是由DS18B20中的多項式寄存器通過其中所包含的移位寄存器以及異或門對輸入該多項式寄存器的每一位二進制數(shù)做一定的運算所得到的CRC碼（可以查看Maxim官網(wǎng)上DS18B20的應(yīng)用筆記Note27，專門介紹DS18B20CRC詳細生成過程）。在此列舉兩種DS18B20CRC校驗的C程序。

　　A.按位運算方法

　?。踓pp］ view plaincopyprint？

　　1. /********************************************************/

　　2. /*DS18B20的CRC8校驗程序*/

　　3. /********************************************************/

　　4. uchar calcrc_1byte（uchar abyte）

　　5. {

　　6. uchar i，crc_1byte;

　　7. crc_1byte=0; //設(shè)定crc_1byte初值為0

　　8. for（i = 0; i 《 8; i++）

　　9. {

　　10. if（（（crc_1byte^abyte）&0x01））

　　11. {

　　12. crc_1byte^=0x18;

　　13. crc_1byte》》=1;

　　14. crc_1byte|=0x80;

　　15. }

　　16. else

　　17. crc_1byte》》=1;

　　18. abyte》》=1;

　　19. }

　　20. return crc_1byte;

　　21. }

　　22. uchar calcrc_bytes（uchar *p，uchar len）

　　23. {

　　24. uchar crc=0;

　　25. while（len--） //len為總共要校驗的字節(jié)數(shù)

　　26. {

　　27. crc=calcrc_1byte（crc^*p++）;

　　28. }

　　29. return crc; //若最終返回的crc為0，則數(shù)據(jù)傳輸正確

　　30. }

　　B.查表法

　　unsigned char crc_array［256］ = {

　　0x00， 0x5e， 0xbc， 0xe2， 0x61， 0x3f， 0xdd， 0x83，

　　0xc2， 0x9c， 0x7e， 0x20， 0xa3， 0xfd， 0x1f， 0x41，

　　0x9d， 0xc3， 0x21， 0x7f， 0xfc， 0xa2， 0x40， 0x1e，

　　0x5f， 0x01， 0xe3， 0xbd， 0x3e， 0x60， 0x82， 0xdc，

　　0x23， 0x7d， 0x9f， 0xc1， 0x42， 0x1c， 0xfe， 0xa0，

　　0xe1， 0xbf， 0x5d， 0x03， 0x80， 0xde， 0x3c， 0x62，

　　0xbe， 0xe0， 0x02， 0x5c， 0xdf， 0x81， 0x63， 0x3d，

　　0x7c， 0x22， 0xc0， 0x9e， 0x1d， 0x43， 0xa1， 0xff，

　　0x46， 0x18， 0xfa， 0xa4， 0x27， 0x79， 0x9b， 0xc5，

　　0x84， 0xda， 0x38， 0x66， 0xe5， 0xbb， 0x59， 0x07，

　　0xdb， 0x85， 0x67， 0x39， 0xba， 0xe4， 0x06， 0x58，

　　0x19， 0x47， 0xa5， 0xfb， 0x78， 0x26， 0xc4， 0x9a，

　　0x65， 0x3b， 0xd9， 0x87， 0x04， 0x5a， 0xb8， 0xe6，

　　0xa7， 0xf9， 0x1b， 0x45， 0xc6， 0x98， 0x7a， 0x24，

　　0xf8， 0xa6， 0x44， 0x1a， 0x99， 0xc7， 0x25， 0x7b，

　　0x3a， 0x64， 0x86， 0xd8， 0x5b， 0x05， 0xe7， 0xb9，

　　0x8c， 0xd2， 0x30， 0x6e， 0xed， 0xb3， 0x51， 0x0f，

　　0x4e， 0x10， 0xf2， 0xac， 0x2f， 0x71， 0x93， 0xcd，

　　0x11， 0x4f， 0xad， 0xf3， 0x70， 0x2e， 0xcc， 0x92，

　　0xd3， 0x8d， 0x6f， 0x31， 0xb2， 0xec， 0x0e， 0x50，

　　0xaf， 0xf1， 0x13， 0x4d， 0xce， 0x90， 0x72， 0x2c，

　　0x6d， 0x33， 0xd1， 0x8f， 0x0c， 0x52， 0xb0， 0xee，

　　0x32， 0x6c， 0x8e， 0xd0， 0x53， 0x0d， 0xef， 0xb1，

　　0xf0， 0xae， 0x4c， 0x12， 0x91， 0xcf， 0x2d， 0x73，

　　0xca， 0x94， 0x76， 0x28， 0xab， 0xf5， 0x17， 0x49，

　　0x08， 0x56， 0xb4， 0xea， 0x69， 0x37， 0xd5， 0x8b，

　　0x57， 0x09， 0xeb， 0xb5， 0x36， 0x68， 0x8a， 0xd4，

　　0x95， 0xcb， 0x29， 0x77， 0xf4， 0xaa， 0x48， 0x16，

　　0xe9， 0xb7， 0x55， 0x0b， 0x88， 0xd6， 0x34， 0x6a，

　　0x2b， 0x75， 0x97， 0xc9， 0x4a， 0x14， 0xf6， 0xa8，

　　0x74， 0x2a， 0xc8， 0x96， 0x15， 0x4b， 0xa9， 0xf7，

　　0xb6， 0xe8， 0x0a， 0x54， 0xd7， 0x89， 0x6b， 0x35，

　　};

　　unsigned char CRC8_Table（unsigned char *p， char counter）

　　{

　　unsigned char crc8 = 0;

　　for（ ; counter 》 0; counter--）

　　{

　　crc8 = CRC8Table［crc8^*p］; //查表得到CRC碼

　　p++;

　　}

　　return crc8;

　　}

　　DS18B20的兩種校驗CRC碼的方法本質(zhì)上都是一樣的。查表法是對0x00~0xff這256個數(shù)依次生成與每一個數(shù)對應(yīng)的CRC碼所組合成的表，每次算一字節(jié)數(shù)據(jù)的CRC碼不用經(jīng)過calcrc_1byte（uchar abyte）這個函數(shù)對每個數(shù)據(jù)的最低位進行判斷是1還是0，而直接通過查表的方式直接提取出 crc8^*p的CRC碼，其運行效率相對按位運算方法更高，但是查表法所列的表卻很占空間。