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    匠人手记

    计算法简单实现crc校验
    程序匠人 发表于 2005-10-20 20:40:00  阅读全文 | 回复(0) | 引用通告 | 编辑

    计算法简单实现crc校验


    前一段时间做协议转换器的时间用到CRC-16校验,查了不少资料发现都不理想。查表法要建表太麻烦,而计算法觉得那些例子太罗嗦。最后只好自己写了,最后发现原来挺简单嘛:)

    两个子程序搞定。这里用的多项式为:
    CRC-16    = X16 + X12 + X5 + X0 = 2^0+2^5+2^12+2^16=0x11021

    因最高位一定为“1”,故略去计算只采用0x1021即可

    CRC_Byte:计算单字节的CRC值
    CRC_Data:计算一帧数据的CRC值
    CRC_High  CRC_Low:存放单字节CRC值
    CRC16_High  CRC16_Low:存放帧数据CRC值

    ;<>-------------------------------------------------------------
    ;      Function:       CRC one byte
    ;      Input:             CRCByte
    ;      Output:           CRC_High CRC_Low
    ;<>-------------------------------------------------------------

    CRC_Byte:
           clrf         CRC_Low
           clrf         CRC_High
           movlw           09H
           movwf           v_Loop1
           movf              CRCByte, w
           movwf           CRC_High
    CRC:
           decfsz            v_Loop1                              ;8次循环,每一位相应计算
           goto        CRC10
           goto        CRCend
    CRC10
           bcf                STATUS, C
           rlf                  CRC_Low
           rlf                  CRC_High
           
           btfss              STATUS, C
           goto        CRC                                          ;为0不需计算
           movlw           10H                                    ;若多项式改变,这里作相应变化
           xorwf            CRC_High, f
           movlw           21H                                    ;若多项式改变,这里作相应变化
           xorwf            CRC_Low, f
           goto        CRC
    CRCend:
           nop
           nop
           return
    ;<>-------------------------------------------------------------
    ;      CRC one byte end
    ;<>-------------------------------------------------------------
    ;<>-------------------------------------------------------------
    ;      Function:       CRC date
    ;      Input:             BufStart(A,B,C)(一帧数据的起始地址) v_Count (要做CRC的字节数)
    ;      Output:           CRC16_High CRC16_Low(结果)
    ;<>-------------------------------------------------------------
    CRC_Data:

           clrf         CRC16_High
           clrf         CRC16_Low

    CRC_Data10

           movf              INDF, w
           xorwf            CRC16_High,w

           movwf           CRCByte
           call         CRC_Byte
           incf         FSR
           decf        v_Count                       ;需计算的字节数
           
           movf              CRC_High, w
           xorwf            CRC16_Low, w
           movwf           CRC16_High

           movf              CRC_Low, w
           movwf           CRC16_Low

           movf              v_Count, w                                          ;计算结束?
           btfss              STATUS, Z
           goto        CRC_Data10

           return

    ;<>-------------------------------------------------------------
    ;             CRC date end
    ;<>-------------------------------------------------------------

     

    说明: CRC 的计算原理如下(一个字节的简单例子)
        11011000 00000000 00000000  <- 一个字节数据, 左移 16b
       ^10001000 00010000 1         <- CRC-CCITT 多项式, 17b
        --------------------------
         1010000 00010000 10        <- 中间余数
        ^1000100 00001000 01
         -------------------------
           10100 00011000 1100
          ^10001 00000010 0001
           -----------------------
             101 00011010 110100
            ^100 01000000 100001
             ---------------------
               1 01011010 01010100
              ^1 00010000 00100001
               -------------------
                 01001010 01110101  <- 16b CRC

    仿此,可推出两个字节数据计算如下:d 为数据,p 为项式,a 为余数
        dddddddd dddddddd 00000000 00000000 <- 数据 D ( D1, D0, 0, 0 )
       ^pppppppp pppppppp p                 <- 多项式 P
        -----------------------------------
        ...
                 aaaaaaaa aaaaaaaa 0        <- 第一次的余数 A’ ( A’1, A’0 )
                ^pppppppp pppppppp p
                 --------------------------
                 ...
                          aaaaaaaa aaaaaaaa <- 结果 A ( A1, A0 )

    由此与一字节的情况比较,将两个字节分开计算如下:
    先算高字节:
        dddddddd 00000000 00000000 00000000 <- D1, 0, 0, 0
       ^pppppppp pppppppp p                 <- P
        -----------------------------------
        ...
                 aaaaaaaa aaaaaaaa          <- 高字节部分余数 PHA1, PHA0

    此处的部分余数与前面两字节算法中的第一次余数有如下关系,即 A’1 = PHA1 ^ D0, A’0 = PHA0:
                 aaaaaaaa aaaaaaaa          <- PHA1, PHA0
                ^dddddddd                   <- D0
                 -----------------
                 aaaaaaaa aaaaaaaa          <- A’1, A’0

    低字节的计算:
                 aaaaaaaa 00000000 00000000 <- A’1, 0, 0
                ^pppppppp pppppppp p        <- P
                 --------------------------
                 ...
                          aaaaaaaa aaaaaaaa <- 低字节部分余数 PLA1, PLA0
                         ^aaaaaaaa          <- A’0 , 即 PHA0
                          -----------------
                          aaaaaaaa aaaaaaaa <- 最后的 CRC ( A1, A0 )

    总结以上内容可得规律如下:
    设部分余数函数
        PA = f( d )
    其中 d 为一个字节的数据(注意,除非 n = 0 ,否则就不是原始数据,见下文)
    第 n 次的部分余数
        PA( n ) = ( PA( n - 1 ) << 8 ) ^ f( d )
    其中的
        d = ( PA( n - 1 ) >> 8 ) ^ D( n )
    其中的 D( n ) 才是一个字节的原始数据。

    公式如下:
        PA( n ) = ( PA( n - 1 ) << 8 ) ^ f( ( PA( n - 1 ) >> 8 ) ^ D( n ) )

    可以注意到函数 f( d ) 的参数 d 为一个字节,对一个确定的多项式 P, f( d ) 的返回值 是与 d 一一对应的,总数为 256 项,将这些数据预先算出保存在表里,f( d )就转换为一 个查表的过程,速度也就可以大幅提高,这也就是查表法计算 CRC 的原理。

    再来看 CRC 表是如何计算出来的,即函数 f( d ) 的实现方法。分析前面一个字节数据的 计算过程可发现,d 对结果的影响只表现为对 P 的移位异或,看计算过程中的三个 8 位 的列中只低两个字节的最后结果是余数,而数据所在的高 8 位列最后都被消去了,因其 中的运算均为异或,不产生进位或借位,故每一位数据只影响本列的结果,即 d 并不直接 影响结果。再将前例变化一下重列如下:
        11011000
        --------------------------
        10001000 00010000 1        // P
       ^ 1000100 00001000 01       // P
       ^  000000 00000000 000      // 0
       ^   10001 00000010 0001     // P
       ^    0000 00000000 00000    // 0
       ^     100 01000000 100001   // P
       ^      00 00000000 0000000  // 0
       ^       1 00010000 00100001 // P
               -------------------
                 01001010 01110101

    现在的问题就是如何根据 d 来对 P 移位异或了,从上面的例子看,也可以理解为每步 移位,但根据 d 决定中间余数是否与 P 异或。从前面原来的例子可以看出,决定的条件是中间余数的最高位为0,因为 P 的最高位一定为1,即当中间余数与 d 相应位异或的最高位为1时,中间余数移位就要和 P 异或,否则只需移位即可。其方法如下例(上例的变形,注意其中空格的移动表现了 d 的影响如何被排除在结果之外):

        d --------a--------
        1 00000000 00000000 <- HSB = 1
          0000000 000000000 <- a <<= 1
          0001000 000100001 <-不含最高位的 1
          -----------------
        1 0001000 000100001
          001000 0001000010
          000100 0000100001
          -----------------
        0 001100 0001100011 <- HSB = 0
          01100 00011000110
          -----------------
        1 01100 00011000110 <- HSB = 1
          1100 000110001100
          0001 000000100001
          -----------------
        1 1101 000110101101 <- HSB = 0
          101 0001101011010
          -----------------
        0 101 0001101011010 <- HSB = 1
          01 00011010110100
          00 01000000100001
          -----------------
        0 01 01011010010101 <- HSB = 0
          1 010110100101010
          -----------------
        0 1 010110100101010 <- HSB = 1
           0101101001010100
           0001000000100001
          -----------------
           0100101001110101 <- CRC

    结合这些,前面的程序就好理解了。 

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