單片機(jī)通信中的CRC算法原理及程序設(shè)計(jì)

1　引　言

　　在單片機(jī)的近、遠(yuǎn)程通信中，為了確保傳輸報(bào)文（數(shù)據(jù)和信息）的正確性和加快報(bào)文的傳輸速度，采用CRC算法。在信道上傳輸?shù)拿恳粋€(gè)字節(jié)，通過CRC算法校驗(yàn)，從參數(shù)表中獲得其校驗(yàn)值，使報(bào)文無差錯(cuò)地快速傳輸。

　　單片機(jī)之間有／無線載波電路進(jìn)行單播（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）通信，或通過專用程控交換機(jī)連接單片機(jī)組成的有／無線局域網(wǎng)進(jìn)行單播或廣播（多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）通信，都要實(shí)現(xiàn)報(bào)文的快速交換。一個(gè)最關(guān)鍵的問題就是要解決傳輸報(bào)文的誤碼問題。常用的方法是設(shè)計(jì)有效的硬件驅(qū)動(dòng)電路和編制相應(yīng)的監(jiān)控軟件。CRC算法不需要設(shè)計(jì)專門的硬件驅(qū)動(dòng)電路，而是直接依靠設(shè)計(jì)監(jiān)控軟件的辦法，對(duì)報(bào)文進(jìn)行快速的校驗(yàn)來提高報(bào)文的傳輸速度，并保證報(bào)文的可靠傳輸。

　　CRC算法能進(jìn)行單個(gè)報(bào)文和分組報(bào)文傳輸?shù)男ｒ?yàn)；在分組報(bào)文的傳輸中，對(duì)每一個(gè)分組報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，如果正確接收，則將此組報(bào)文存入緩沖區(qū)；否則記下此分組報(bào)文的組號(hào)，等所有的分組報(bào)文傳輸完后，再統(tǒng)計(jì)接收失敗的組數(shù)，將失敗的分組報(bào)文的組號(hào)傳輸?shù)桨l(fā)送端的單片機(jī)，請(qǐng)求重發(fā)失敗的分組報(bào)文。報(bào)文全部接收正確后，在緩沖區(qū)中合并所有的分組，形成一個(gè)完整的報(bào)文，傳輸給接收端的單片機(jī)，這樣就能減少傳輸?shù)臅r(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　2　CRC算法的原理

　　國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)推薦的CRC—CCITT生成多項(xiàng)式（G（x））有多種，這里選取約定的生成多項(xiàng)式G（x）＝x16＋x12＋x5＋1 來制造CRC校驗(yàn)的參數(shù)表。CRC約定的校驗(yàn)規(guī)則是：讓需要校驗(yàn)的報(bào)文代碼（M（x））能為G（x）除盡。如果除得盡，表明代碼正確；如果除不盡，余數(shù)（R（x））將指明出錯(cuò)位所在的位置。在單片機(jī)的通信中，一般要在內(nèi)存中開辟緩沖區(qū)存放報(bào)文代碼，涉及的單片機(jī)發(fā)送端／接收端硬件電路框圖見圖1。

　　在發(fā)送端的單片機(jī)中，通過對(duì)傳輸報(bào)文的字節(jié)進(jìn)行CRC編碼，得到一個(gè)16進(jìn)制的編碼值，并將該值存放于傳輸報(bào)文的最后，一并傳輸給接收端的單片機(jī)。

　　接收端單片機(jī)收到報(bào)文后，采用CRC校驗(yàn)，也得到一個(gè)16進(jìn)制校驗(yàn)值，將該校驗(yàn)值和傳輸來的編碼值進(jìn)行比較，如果相等，證明傳輸無誤，向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)接收正確的應(yīng)答信號(hào)；否則接收到的報(bào)文有誤碼，并向發(fā)送端發(fā)送請(qǐng)求重發(fā)的應(yīng)答信號(hào)，也就是ARQ方式。重發(fā)的次數(shù)由程序設(shè)計(jì)者來定，但一般最好定為3次重發(fā)。重發(fā)的次數(shù)太多，則此信道長期被占用，影響別的單位和自身的通信；重發(fā)次數(shù)太少，在信道干擾太大及不穩(wěn)定的情況下不能正確的接收。

　　3　CRC算法程序設(shè)計(jì)

　　3．1　CRC算法描述

　　校驗(yàn)一個(gè)報(bào)文，令不同的變量存放校驗(yàn)值和中間結(jié)果，依次從緩沖區(qū)中取報(bào)文的每一個(gè)字節(jié)，經(jīng)過運(yùn)算，就可以從參數(shù)表中獲得相應(yīng)的校驗(yàn)值，直到此報(bào)文被校驗(yàn)完。

　　3．2　CRC算法C語言程序清單

　　CRC參數(shù)表如下：

　　Const byte crcclar［512］＝｛0x00，0x00，0x89，0x10，0x12，0x21，0x9b，0x31，0x24，0x42，0xad， 0x52，0x36，0x63，0xbf，0x73，0x48，0x84，0xc1，0x94，0x5a，0xa5，0xd3，0xb5，0x6c， 0xc6，0xe5，0xd6，0x7e，0xe7，0xf7，0xf7，0x81，0x00，0x08，0x10，0x93，0x21，0x1a， 0x31，0xa5，0x42，0x2c，0x52，0xb7，0x63，0x3e，0x73，0xc9，0x84，0x40，0x94，0xdb， 0xa5，0x52，0xb5，0xed，0xc6，0x64，0xd6，0xff，0xe7，0x76，0xf7，0x02，0x01，0x8b， 0x11，0x10，0x20，0x99，0x30，0x26，0x43，0xaf，0x53，0x34，0x62，0xbd，0 x72，0x4a，0x85，0xc3，0x95，0x58，0xa4，0xd1，0xb4，0x6e，0xc7，0xe7，0xd7，0x7c， 0xe6，0xf5，0xf6，0x83，0x01，0x0a，0x11，0x91，0x20，0x18，0x30，0 xa7，0x43，0x2e，0x53，0xb5，0x62，0x3c，0x72，0xcb，0x85，0x42，0 x95，0xd9，0xa4，0x50，0xb4，0xef，0xc7，0x66，0xd7，0 xfd，0xe6，0x74，0xf6，0x04，0x02，0x8d，0x12，0x16，0x23，0x9f，0x33，0x20，0x40， 0xa9，0x50，0x32，0x61，0xbb，0x71，0x4c，0x86，0 xc5，0x96，0x5e，0xa7，0xd7，0xb7，0x68，0xc4，0xe1，0xd4，0x7a，0xe5，0xf3，0xf5， 0x85，0x02，0x0c，0x12，0x97，0x23，0x1e，0x33，0xa1，0x40，0 x28，0x50，0xb3，0x61，0x3a，0x71，0xcd，

　　0 x86，0 x44，0x96，0xdf，0xa7，0x56，0xb7，0xe9，0xc4，0x60，0xd4，0xfb，0xe5，0x72，0xf5， 0x06，0 x03，0x8f，0x13，0x14，0x22，0x9d，0x32，0x22，0x41，0xab，0x51，0x30，0x60，0xb9，0 x70，0x4e，0x87，0xc7，0x97，0x5c，0xa6，0 xd5，0xb6，0x6a，0xc5，0xe3，0xd5，0x78，　　0xe4，0xf1，0xf4，0x87，0x03，0x0e，0x13， 0x95，0x22，0x1c，0x32，0xa3，0x41，0x2a，0 x51，0xb1，0x60，0x38，0x70，0xcf，0x87，0x46，0x97，0xdd，0xa6，0x54，0xb6，0xeb， 0xc5，0x62，0xd5，0xf9，0xe4，0x70，0xf4，0x08，0x04，0x81，0x14，0x1a，0x25，0 x93，0x35，0x2c，0x46，0xa5，0x56，0x3e，0x67，0xb7，0x77，0x40，0x80，0xc9，0x90， 0x52，0xa1，0xdb，0xb1，0x64，0xc2，0xed，0xd2，0x76，0xe3，0xff，0xf3，0x89，0x04， 0x00，0x14，0x9b，0x25，0x12，0x35，0xad，0x46，0x24，0x56，0xbf，0x67，0x36，0x77， 0xc1，0x80，0x48，0x90，0xd3，0xa1，0x5a，0xb1，0xe5，0xc2，0x6c，0xd2，0xf7，0xe3， 0x7e，0xf3，0x0a，0x05，0x83，0x15，0x18，0x24，0x91，0x34，0x2e，0x47，0 xa7，0x57，0x3c，0x66，0xb5，0x76，0x42，0x81，0xcb，0x91，0x50，0xa0，0 xd9，0xb0，0x66，0xc3，0xef，0xd3，0x74，0xe2，0xfd，0xf2，0x8b，0x05，0x02，0x15， 0x99，0x24，0x10，0 x34，0xaf，0x47，0x26，0x57，0xbd，0x66，0x34，0x76，0xc3，0x81，0x4a，0x91，0xd1， 0xa0，0x58，0xb0，0xe7，0xc3，0x6e，0xd3，0xf5，0xe2，0x7c，0xf2，0x0c，0x06，0x85， 0x16，0x1e，0x27，0 x97，0x37，0x28，0 x44，0xa1，0x54，0x3a，0x65，0xb3，0x75，0x44，0x82，0xcd，0x92，0x56，0xa3，0xdf， 0xb3，0 x60，0 xc0，0xe9，0xd0，0x72，0xe1，0xfb，0xf1，0x8d，0x06，0x04，0x16，0x9f，0x27，0x16， 0x37，0xa9，0x44，0 x20，0x54，0xbb，0x65，0x32，0x75，0xc5，0x82，0x4c，0x92，0xd7，0xa3，0x5e，0xb3， 0xe1，0xc0，0x68，0xd0，0 xf3，0xe1，0x7a，0xf1，0x0e，0x07，0x87，0x17，0x1c，0x26，0x95，0x36，0x2a，0x45， 0xa3，0x55，0x38，0x64，0xb1，0x74，0x46，0x83，0xcf，0x93，0x54，0xa2，0xdd，0xb2， 0x62，0xc1，0xeb，0xd1，0x70，0xe0，0xf9，0xf0，0x8f，0x07，0x06，0x17，0x9d，0x26， 0x14，0x36，0xab，0 x45，0x22，0x55，0xb9，0x64，0x30，0x74，0xc7，0x83，0x4e，0x93，0xd5，0xa2，0x5c， 0xb2，0xe3，0xc1，0x6a，0xd1，0xf1，0xe0，0x78，0xf0｝；

　　＃define　BUFLEN　512　?。彌_區(qū)大小———＊／

　?。efine　ETB?。╞yte）0x20　／＊——報(bào)文結(jié)束符——＊／

　　byte　crc0＝0，crc1＝0；　　／＊———字節(jié)變量———＊／

　　void main（void）

　?。。?mdash;——根據(jù)要求編寫主程序，調(diào)用crcvalue（）子程序———＊／　｝

　　word crcvalue（byte＊crcbuf）?。?jì)算報(bào)文的CRC值，crcbuf是緩沖區(qū)＊／

　?。ord count；

　　for（crc0＝crc1＝0，count＝1；crcbuf［count］?。紼TB＆＆count

　?。糂UFLEN；count＋＋）

　　crccount（crcbuf［count］）；

　　if（count＋4＞＝BUFLEN）return 0；　　crccount（crcbuf［count］）；

　　crcbuf（＋＋count）＝crc0；crcbuf（＋＋count）＝crc1；crcbuf（＋＋

　　count）＝crc0；

　　crcbuf（＋＋count）＝crc1；crcbuf（＋＋count）＝crc0；crcbuf（＋＋

　　count）＝crc1；

　　return　?。玞ount；　?。?/p>

　　viod crccount（byte crc100）　／＊計(jì)算一個(gè)字節(jié)的CRC值＊／

　?。　yte　　crc10，crc11，crc20，crc21；　　word crclen；

　　crclen＝（word）crc100；　crclen＝（crclen＆0xff）＜＜1；　crc10＝crcclar

　　［crclen＋＋］；

　　crc11＝crcclar［crclen＋＋］；　crc11＝crc100＾crc0＾crc11；

　　crc10＝crc1 ＾crc10；

　　crclen＝（word）crc0；　crclen＝（crclen＆0xff）＜＜1；　crc20＝

　　crcclar［crclen＋＋］；

　　crc21＝crcclar［crclen＋＋］；　crc0＝drd＾crc20；　crc1＝crc11＾

　　crc21；　　｝

　　4　CRC算法的優(yōu)缺點(diǎn)

　　用軟件實(shí)現(xiàn)的CRC算法，其主要優(yōu)點(diǎn)是突出了一個(gè)“快”字，為了提高校驗(yàn)速度，把參數(shù)表和應(yīng)用程序一起寫入單片機(jī)的EPROM內(nèi)，當(dāng)進(jìn)行CRC校驗(yàn)時(shí)，對(duì)需要發(fā)送的每一字節(jié)，按上述的方法進(jìn)行計(jì)算，就可得到該字節(jié)的校驗(yàn)值。從而提高了速度，較好地克服了異步傳輸中校驗(yàn)和發(fā)送時(shí)間很不匹配的矛盾。

　　CRC算法的缺點(diǎn)是由于要存儲(chǔ)512字節(jié)的參數(shù)表，需要更多的存儲(chǔ)空間，但是在單片機(jī)的應(yīng)用中，這種以空間換取時(shí)間的方法是值得提倡的。

　　5　結(jié)束語

　　CRC算法能很好地解決傳輸報(bào)文過程中的校驗(yàn)問題，在8031，80C196，80188等CPU控制的單片機(jī)中，進(jìn)行了大量的有／無線傳輸報(bào)文實(shí)驗(yàn)，在300BPS，600BPS，1200BPS，2400BPS，4800BPS的波特率下，CRC算法都能很好地進(jìn)行校驗(yàn)，提高了傳輸速度。

　?。蹍⒖嘉墨I(xiàn)］

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　?。?］　劉樂善，等．微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用［M］．華中理工大學(xué)出版社，1994．3．

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