解讀CRC的校驗(yàn)原理

　　隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能日益強(qiáng)大，由于傳輸距離、現(xiàn)場狀況等諸多可能出現(xiàn)的因素的影響，計(jì)算機(jī)與受控設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)常會(huì)發(fā)生無法預(yù)測的錯(cuò)誤。為了防止錯(cuò)誤所帶來的影響，在數(shù)據(jù)的接收端必須進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)。雖然差錯(cuò)校驗(yàn)也可以完全由硬件來承擔(dān)，但由于單片機(jī)和PC都具有很強(qiáng)的軟件編程能力，這就為實(shí)施軟件的差錯(cuò)校驗(yàn)提供了前提條件，而軟件的差錯(cuò)校驗(yàn)有經(jīng)濟(jì)實(shí)用并且不增加硬件開銷的優(yōu)點(diǎn)。

　　1 CRC法的原理

　　傳統(tǒng)的差錯(cuò)檢驗(yàn)法有：奇偶校驗(yàn)法，校驗(yàn)和法，行列冗余校驗(yàn)法等。這些方法都是在數(shù)據(jù)后面加一定數(shù)量的冗余位同時(shí)發(fā)送出去，例如在單片機(jī)的通訊方式2和3中，TB8就可以作為奇偶校驗(yàn)位同數(shù)據(jù)一起發(fā)送出去，在數(shù)據(jù)的接收端通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較、判別或簡單的求和運(yùn)算，然后將所得和接收到的冗余位進(jìn)行比較，若相等就認(rèn)為數(shù)據(jù)接收正確，否則就認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。但是冗余位只能反映數(shù)據(jù)行或列的奇偶情況，所以這 類檢驗(yàn)方法對數(shù)據(jù)行或列的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤不敏感，漏判的概率很高。因此，此種方法的可靠性 就差。

　　循環(huán)冗余碼校驗(yàn)英文名稱為Cyclical Redundancy Check，簡稱CRC。它是利用除法及余數(shù) 的原理來作錯(cuò)誤偵測(Error Detecting)的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送裝置計(jì)算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收裝置，接收裝置對收到的數(shù)據(jù)重新計(jì)算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個(gè)CR C值不同，則說明數(shù)據(jù)通訊出現(xiàn)錯(cuò)誤。由于這種方法取得校驗(yàn)碼的方式具有很強(qiáng)的信息覆蓋能力，所以它是一種效率極高的錯(cuò)誤校驗(yàn)法。錯(cuò)誤的概率幾乎為零。在很多的儀器設(shè)備中都 采用這種冗余校驗(yàn)的通訊規(guī)約。

　　根據(jù)應(yīng)用環(huán)境與習(xí)慣的不同，CRC又可分為以下幾種標(biāo)準(zhǔn)：

　?、?CRC-12碼;② CRC-16碼;

　?、?CRC-CCITT碼;④ CRC-32碼。

　　CRC-12碼通常用來傳送6-bit字符串。?CRC-16?及CRC-CCITT碼則是用來傳送8-b it字符，其中CRC-16為美國采用，而CRC-CCITT為歐洲國家所采用。CRC-32碼大都被采用在一種稱為Point-to-Point的同步傳輸中。

　　2 CRC校驗(yàn)碼的生成過程

　　我們以最常用的CRC-16碼作為例子進(jìn)行說明。

　　冗余循環(huán)碼包括2個(gè)字節(jié)，即16位二進(jìn)制數(shù)。先預(yù)置16位寄存器全部為1，再逐 步把每8位的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC計(jì)算時(shí)只用8位數(shù)據(jù)位，起始位和停止位，如有奇偶校驗(yàn)位的話也包括奇偶校驗(yàn)位，都不參與CRC計(jì)算。

　　在計(jì)算CRC碼時(shí)，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的數(shù)據(jù)向低位移一位，用 0填補(bǔ)最高位，再檢查最低位。如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或;若最低位為0，則不進(jìn)行異或計(jì)算。

　　這個(gè)過程一直重復(fù)8次，第8次移位后，下一個(gè)8位數(shù)據(jù)再與現(xiàn)在寄存器中的內(nèi)容 相異或，這個(gè)過程和以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的信息處理完后，最后寄存器中的內(nèi)容即為CRC碼。這個(gè)CRC碼將由發(fā)送設(shè)備跟在數(shù)據(jù)的最后一起發(fā)送。

　　計(jì)算CRC的步驟為：

　　(1)預(yù)置16位寄存器位十六進(jìn)制數(shù)FFFF(即全為1)。稱此寄存器位CRC寄存器。

　　(2)把第一個(gè)8位數(shù)據(jù)與16位寄存器的低位相異或，將結(jié)果放于CRC寄存器中;

　　(3)把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位)，用0填補(bǔ)最高位，檢查最低位;

　　(4)如果最低位為0，重復(fù)第三步(再次移位);

　　如果最低位為1，CRC寄存器與多項(xiàng)式碼進(jìn)行異或;

　　(5)重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理;

　　(6)重復(fù)步驟2到5，進(jìn)行下一個(gè)8位數(shù)據(jù)的處理;

　　(7)最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。