CRC校验的实现（C语言，CRC16）

Posted 2023-02-28 紫夜君

一、CRC是什么？

循环冗余校验码（CRC），简称循环码，是一种常用的、具有检错、纠错能力的校验码，在早期的通信中运用广泛。循环冗余校验码常用于外存储器和计算机同步通信的数据校验。奇偶校验码和海明校验码都是采用奇偶检测为手段检错和纠错的(奇偶校验码不具有纠错能力)，而循环冗余校验则是通过某种数学运算来建立数据位和校验位的约定关系的。

--百度百科

二、什么时候需要进行CRC校验？

在数据通讯的过程中，难免会出现误码的现象。因此，CRC校验常常用来检测该数据包中的数据是否正确以及完整。

三、CRC校验的实现方法

本文主要讲述三种CRC16校验的C语言实现方式，实际项目中可以根据相关需求任选一种

3.1 按位运算

#include <stdint.h>

#define CRC_CCITT 0x1021

/*函数名称：crc_cal_by_bit;按位计算CRC
  函数参数：uint8_t * ptr;指向发送缓冲区的首字节
            uint32_t  len;要发送的总字节数
  函数返回值：uint16_t 
  多项式采用CRC-CCITT 0x1021
*/
uint16_t crc_cal_by_bit(uint8_t *ptr, uint32_t len)

    uint32_t crc = 0xffff;
    while(len-- != 0)
       
        for(uint8_t i = 0x80; i != 0; i / 2)
            
            crc *= 2;
            if((crc&0x10000) !=0) //上一位CRC乘 2后，若首位是1，则除以 0x11021
                crc ^= 0x11021;
 
            if((*ptr&i) != 0)    //如果本位是1，那么CRC = 上一位的CRC + 本位/CRC_CCITT
                crc ^= CRC_CCITT;
        
        ptr++;
    
    uint16_t retCrc = (uint16_t)(crc & 0xffff);
    return retCrc ;

3.2 半字节运算

#include<stdint.h>

const uint16_t crc_ta_4[16]= /* CRC 半字节余式表 */
    0x0000,0x1021,0x2042,0x3063,0x4084,0x50a5,0x60c6,0x70e7,
    0x8108,0x9129,0xa14a,0xb16b,0xc18c,0xd1ad,0xe1ce,0xf1ef,
;

/*函数名称：crc_cal_by_halfbyte:按半字节计算CRC
  函数参数：uint8_t* ptr:指向发送缓冲区的首字节
            uint32_t len:要发送的总字节数
  函数返回值：uint16_t
  多项式采用CRC-CCITT  0x1021
*/
uint16_t crc_cal_by_halfbyte(uint8_t * ptr, uint32_t  len)

    uint16_t  crc = 0xffff;
 
    while(len-- != 0)
    
        uint8_t high = (uint8_t)(crc/4096); //暂存CRC的高4位
        crc <<= 4;
        crc ^= crc_ta_4[high^(*ptr/16)];
 
        high = (unsigned char)(crc/4096);
        crc <<= 4;
        crc ^= crc_ta_4[high^(*ptr&0x0f)];
 
        ptr++;
    
 
    return crc;

3.3 单字节运算

#include<stdint.h>

const uint16_t crc_ta_8[256]= /* CRC 字节余式表 */
    0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,
    0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,
    0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,
    0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,
    0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,
    0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,
    0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,
    0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,
    0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,
    0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,
    0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,
    0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,
    0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,
    0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,
    0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,
    0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,
    0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,
    0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,
    0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,
    0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,
    0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,
    0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,
    0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,
    0x26d3, 0x36f2, 0x0691, 0x16b0, 0x6657, 0x7676, 0x4615, 0x5634,
    0xd94c, 0xc96d, 0xf90e, 0xe92f, 0x99c8, 0x89e9, 0xb98a, 0xa9ab,
    0x5844, 0x4865, 0x7806, 0x6827, 0x18c0, 0x08e1, 0x3882, 0x28a3,
    0xcb7d, 0xdb5c, 0xeb3f, 0xfb1e, 0x8bf9, 0x9bd8, 0xabbb, 0xbb9a,
    0x4a75, 0x5a54, 0x6a37, 0x7a16, 0x0af1, 0x1ad0, 0x2ab3, 0x3a92,
    0xfd2e, 0xed0f, 0xdd6c, 0xcd4d, 0xbdaa, 0xad8b, 0x9de8, 0x8dc9,
    0x7c26, 0x6c07, 0x5c64, 0x4c45, 0x3ca2, 0x2c83, 0x1ce0, 0x0cc1,
    0xef1f, 0xff3e, 0xcf5d, 0xdf7c, 0xaf9b, 0xbfba, 0x8fd9, 0x9ff8,
    0x6e17, 0x7e36, 0x4e55, 0x5e74, 0x2e93, 0x3eb2, 0x0ed1, 0x1ef0
;


/*函数名称：crc_cal_by_byte;按字节计算CRC
  函数参数：uint8_t *ptr:指向发送缓冲区的首字节
            uint32_t len:要发送的总字节数
  函数返回值：uint16_t
  多项式采用CRC-CCITT 0x1021
*/
uint16_t crc_cal_by_byte(uint8_t *ptr, uint32_t len)

    uint16_t  crc = 0xffff;
 
    while(len-- != 0)
    
        uint16_t high = (unsigned int)(crc/256); //取CRC高8位
        crc <<= 8;
        crc ^= crc_ta_8[high^*ptr];
        ptr++;
    
 
    return crc;

四、测试

#include<stdio.h>

int main()

	uint8_t a[4] = 0x01,0x02,0x03,0x04;
	uint16_t crc_bit = crc_cal_by_byte(a,4);
	uint16_t crc_halfbyte = crc_cal_by_halfbyte(a,4);
	uint16_t crc_byte = crc_cal_by_byte(a,4);
	printf("bit: %d\\n",crc_bit);
	printf("halfbyte: %d\\n",crc_halfbyte);
	printf("byte: %d\\n",crc_byte);

运行结果

bit: 35267
halfbyte: 35267
byte: 35267

五、总结

三种算法在计算结果上是完全相同的

按位运算：运算效率相对较低，但是对内存需求较低，适用于程序空间苛刻但CRC计算速度要求不高的微控制系统。

按字节运算：运算效率较高，但是对内存需求也比较高，适用于程序空间较大且CRC计算速度要求较高的计算机或微控制系统。

半字节运算：属于按位运算与按字节运算的折中方案，相对而言，它的计算效率一般，对内存的需求也一般，适用于程序空间不太大且CRC计算速度又不可以太慢的微控制系统。

实际开发过程中，可以依据三种运算方式的特性，自行选择