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【转】16位CRC校验原理与算法分析

 qrzhcd 2012-06-28

16位CRC校验原理与算法分析

       这里,不讨论CRC的纠错原理以及为什么要选下面提及的生成多项式,只是针对以下的生成多项式,如何获得CRC校验码,作一个比较详细的说明。

   标准CRC生成多项式如下表:

   生成多项式的最高位固定的1,故在简记式中忽略最高位1了,如0x1021实际是0x11021。

I、基本算法(人工笔算):

      以CRC16-CCITT为例进行说明,CRC校验码为16位,生成多项式17位。假如数据流为4字节:BYTE[3]、BYTE[2]、BYTE[1]、BYTE[0];

数据流左移16位,相当于扩大256×256倍,再除以生成多项式0x11021,做不借位的除法运算(相当于按位异或),所得的余数就是CRC校验码。发送时的数据流为6字节:BYTE[3]、BYTE[2]、BYTE[1]、BYTE[0]、CRC[1]、CRC[0];

II、计算机算法1(比特型算法):

1)将扩大后的数据流(6字节)高16位(BYTE[3]、BYTE[2])放入一个长度为16的寄存器;

2)如果寄存器的首位为1,将寄存器左移1位(寄存器的最低位从下一个字节获得),再与生成多项式的简记式异或;

    否则仅将寄存器左移1位(寄存器的最低位从下一个字节获得);

3)重复第2步,直到数据流(6字节)全部移入寄存器;

4)寄存器中的值则为CRC校验码CRC[1]、CRC[0]。

III、计算机算法2(字节型算法):256^n表示256的n次方

      把按字节排列的数据流表示成数学多项式,设数据流为BYTE[n]BYTE[n-1]BYTE[n-2]、、、BYTE[1]BYTE[0],表示成数学表达式为BYTE[n]×256^n+BYTE[n-1]×256^(n-1)+...+BYTE[1]*256+BYTE[0],在这里+表示为异或运算。设生成多项式为G17(17bit),CRC码为CRC16。

    则:CRC16=(BYTE[n]×256^n+BYTE[n-1]×256^(n-1)+...+BYTE[1]×256+BYTE[0])×256^2/G17,即数据流左移16位,再除以生成多项式G17。

    先变换BYTE[n-1]、BYTE[n-1]扩大后的形式,

    CRC16=BYTE[n]×256^n×256^2/G17+BYTE[n-1]×256^(n-1)×256^2/G17+...+BYTE[1]×256×256^2/G17+BYTE[0]×256^2/G17

         =(Z[n]+Y[n]/G17)×256^n+BYTE[n-1]×256^(n-1)×256^2/G17+...+BYTE[1]×256×256^2/G17+BYTE[0]×256^2/G17

         =Z[n]×256^n+{Y[n]×256/G17+BYTE[n-1]×256^2/G17}×256^(n-1)+...+BYTE[1]×256×256^2/G17+BYTE[0]×256^2/G17

         =Z[n]×256^n+{(YH8[n]×256+YHL[n])×256/G17+BYTE[n-1]×256^2/G17}×256^(n-1)+...+BYTE[1]×256×256^2/G17+BYTE[0]×256^2/G17

         =Z[n]×256^n+{YHL[n]×256/G17+(YH8[n]+BYTE[n-1])×256^2/G17}×256^(n-1)+...+BYTE[1]×256×256^2/G17+BYTE[0]×256^2/G17

         这样就推导出,BYTE[n-1]字节的CRC校验码为{YHL[n]×256/G17+(YH8[n]+BYTE[n-1])×256^2/G17},即上一字节CRC校验码Y[n]的高8位(YH8[n])与本字节BYTE[n-1]异或,该结果单独计算CRC校验码(即单字节的16位CRC校验码,对单字节可建立表格,预先生成对应的16位CRC校验码),所得的CRC校验码与上一字节CRC校验码Y[n]的低8位(YL8[n])乘以256(即左移8位)异或。然后依次逐个字节求出CRC,直到BYTE[0]。

        字节型算法的一般描述为:本字节的CRC码,等于上一字节CRC码的低8位左移8位,与上一字节CRC右移8位同本字节异或后所得的CRC码异或。   

    字节型算法如下:

    1)CRC寄存器组初始化为全"0"(0x0000)。(注意:CRC寄存器组初始化全为1时,最后CRC应取反。)

    2)CRC寄存器组向左移8位,并保存到CRC寄存器组。

    3)原CRC寄存器组高8位(右移8位)与数据字节进行异或运算,得出一个指向值表的索引。

    4)索引所指的表值与CRC寄存器组做异或运算。

    5)数据指针加1,如果数据没有全部处理完,则重复步骤2)。

    6)得出CRC。

unsigned short GetCrc_16(unsigned char * pData, int nLength)

//函数功能:计算数据流* pData的16位CRC校验码,数据流长度为nLength

{

    unsigned short cRc_16 = 0x0000;    // 初始化   

    while(nLength>0)

    {

        cRc_16 = (cRc_16 << 8) ^ cRctable_16[((cRc_16>>8) ^ *pData) & 0xff]; //cRctable_16表由函数mK_cRctable生成

        nLength--;

        pData++;

    }   

    return cRc_16;   

}

void mK_cRctable(unsigned short gEnpoly)

//函数功能:生成0-255对应的16CRC校验码,其实就是计算机算法1(比特型算法)

//gEnpoly为生成多项式

//注意,低位先传送时,生成多项式应反转(低位与高位互换)。如CRC16-CCITT为0x1021,反转后为0x8408

{

     unsigned short cRc_16=0;

     unsigned short i,j,k;

     for(i=0,k=0;i<256;i++,k++)

    {

          cRc_16 = i<<8;

          for(j=8;j>0;j--)

          {

                if(cRc_16&0x8000)                 //反转时cRc_16&0x0001

                      cRc_16=(cRc_16<<=1)^gEnpoly; //反转时cRc_16=(cRc_16>>=1)^gEnpoly

               else

                     cRc_16<<=1;                   //反转时cRc_16>>=1

           }

         cRctable_16[k] = cRc_16;

    }

}

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