常用的crc16标准校验算法和C代码

一路上 · 发表于 2024-2-18 11:22:28

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前言

CRC即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check）：是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。奇偶校验虽然简单，但是漏检率太高，而CRC则要低的多，所以大多数都是使用CRC来校验。CRC也称为多项式码。

循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，进而可以保证在软件层次上数据传输的正确性和完整性。

一、CRC16校验码的使用

现选择最常用的CRC-16校验，说明它的使用方法。

根据Modbus协议，常规485通讯的信息发送形式如下：

地址	功能码	数据信息	校验码
1byte	1byte	nbyte	2byte

CRC校验是前面几段数据内容的校验值，为一个16位数据，发送时，低8位在前，高8为最后。

例如：信息字段代码为： 1011001，校验字段为：1010。

发送方：发出的传输字段为： 1 0 1 1 0 0 1 1 0 10

信息字段校验字段

接收方：使用相同的计算方法计算出信息字段的校验码，对比接收到的实际校验码，如果相等及信息正确，不相等则信息错误；或者将接受到的所有信息除多项式，如果能够除尽，则信息正确。

二、CRC16校验码计算方法

常用查表法和计算法。计算方法一般都是：

1. 预置1个16位的寄存器值0xFFFF，称此寄存器为CRC寄存器；

2. 把第一个8位二进制数据（既通讯信息帧的第一个字节）与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器，高八位数据不变；

3. 把CRC寄存器的内容右移一位（朝高位）用0填补最高位，并检查右移后的移出位；

4. 如果移出位为0：重复第3步（再次右移一位）；如果移出位为1，CRC寄存器与一多项式（A001）进行异或；

5. 重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；

6. 重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理；

7. 将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换；

8. 最后得到的CRC寄存器内容即为：CRC码。

以上计算步骤中的多项式A001是8005按位颠倒后的结果。

查表法是将移位异或的计算结果做成了一个表，就是将0~256放入一个长度为16位的寄存器中的低八位，高八位填充0，然后将该寄存器与多项式0XA001按照上述3、4步骤，直到八位全部移出，最后寄存器中的值就是表格中的数据，高八位、低八位分别单独一个表。

三、CRC16常见几个标准的算法

CRC16常见的标准有以下几种，被用在各个规范中，其算法原理基本一致，就是在数据的输入和输出有所差异，下边把这些标准的差异列出，并给出C语言的算法实现。

模式	多项式	初始值	数据位序	结果处理
CRC16_CCITT	x16+x12+x5+1 (0x1021)	0x0000	低位在前，高位在后	与0x0000异或
CRC16_CCITT_ FALSE	x16+x12+x5+1 (0x1021)	0xFFFF	低位在后，高位在前	与0x0000异或
CRC16_XMODEM	x16+x12+x5+1 (0x1021)	0x0000	低位在后，高位在前	与0x0000异或
CRC16_X25	x16+x12+x5+1 (0x1021)	0xFFFF	低位在前，高位在后	与0FFFF异或
CRC16_MODBUS	x16+x15+x2+1 (0x8005)	0xFFFF	低位在前，高位在后	与0000异或
CRC16_IBM	x16+x15+x2+1 (0x8005)	0x0000	低位在前，高位在后	与0000异或
CRC16_MAXIM	x16+x15+x2+1 (0x8005)	0x0000	低位在前，高位在后	与0xFFFF异或
CRC16_USB	x16+x15+x2+1 (0x8005)	0xFFFF	低位在前，高位在后	与0xFFFF异或

多项式产生 x16+x12+x5+1（0x1021）：x16表示第16位为1，x5表示第5位为1

即：(1 << 16)? |? (1 << 12)? |? (1 << 5) | (1) = 0x11021，因CRC16有效位数是16bit，故只取低16位

四、CRC16的算法原理

1. 根据CRC16的标准选择初值CRCIn的值。

2. 将数据的第一个字节与CRCIn高8位异或。

3. 判断最高位，若该位为 0 左移一位，若为 1 左移一位再与多项式Hex码异或。

4. 重复3直至8位全部移位计算结束。

5. 重复将所有输入数据操作完成以上步骤，所得16位数即16位CRC校验码。

五、具体程序

单字节位序翻转

/**
**************************************************************************************************
* @Brief Single byte data inversion
* @Param
* @DesBuf: destination buffer
* @SrcBuf: source buffer
* @RetVal None
* @Note (MSB)0101_0101 ---> 1010_1010(LSB)
**************************************************************************************************
*/
void InvertUint8(unsigned char *DesBuf, unsigned char *SrcBuf)
{
unsigned char temp = 0;
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (SrcBuf[0] & (1 << i)) {
temp |= 1 << (7 - i);
}
}
DesBuf[0] = temp;
}

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双字节位序翻转

/**
**************************************************************************************************
* @Brief double byte data inversion
* @Param
* @DesBuf: destination buffer
* @SrcBuf: source buffer
* @RetVal None
* @Note (MSB)0101_0101_1010_1010 ---> 0101_0101_1010_1010(LSB)
**************************************************************************************************
*/
void InvertUint16(unsigned short *DesBuf, unsigned short *SrcBuf)
{
unsigned short temp = 0;
for (int i = 0; i < 16; i++) {
if (SrcBuf[0] & (1 << i)) {
temp |= 1 << (15 - i);
}
}
DesBuf[0] = temp;
}

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1、CCITT

unsigned short CRC16_CCITT(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0x0000;
unsigned short wCPoly = 0x1021;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
return (wCRCin);
}

复制代码

2、CCITT_FALSE

unsigned short CRC16_CCITT_FALSE(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
unsigned short wCPoly = 0x1021;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
return (wCRCin);
}

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3、 XMODEM

unsigned short CRC16_XMODEM(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0x0000;
unsigned short wCPoly = 0x1021;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
return (wCRCin);
}

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4、X25

unsigned short CRC16_X25(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
unsigned short wCPoly = 0x1021;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0;i < 8;i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
return (wCRCin^0xFFFF);
}

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5、MODBUS

unsigned short CRC16_MODBUS(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
unsigned short wCPoly = 0x8005;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++ {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
return (wCRCin);
}

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6、 IBM

unsigned short CRC16_IBM(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0x0000;
unsigned short wCPoly = 0x8005;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin,&wCRCin);
return (wCRCin);
}

复制代码

7、 MAXIM

unsigned short CRC16_MAXIM(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0x0000;
unsigned short wCPoly = 0x8005;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
return (wCRCin^0xFFFF);
}

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8、USB

unsigned short CRC16_USB(unsigned char *puchMsg, unsigned int usDataLen)
{
unsigned short wCRCin = 0xFFFF;
unsigned short wCPoly = 0x8005;
unsigned char wChar = 0;
while (usDataLen--) {
wChar = *(puchMsg++);
InvertUint8(&wChar, &wChar);
wCRCin ^= (wChar << 8);
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (wCRCin & 0x8000) {
wCRCin = (wCRCin << 1) ^ wCPoly;
} else {
wCRCin = wCRCin << 1;
}
}
}
InvertUint16(&wCRCin, &wCRCin);
return (wCRCin^0xFFFF);
}

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六、查表法例子

速度快，语句少，但表格占用一定的程序空间。

逆序CRC表

unsigned char aucCRCHi[]{
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
};
unsigned char aucCRCLo[]{

复制代码

函数调用

int main()
{
unsigned char checkBitLow, checkBitHig;
unsigned char pCharData[6] = { 0x01 ,0x03,0x00,0x00,0x00,0x02 };
unsigned int crc = chkcrc(pCharData, 6);
checkBitLow = (unsigned char)(crc & 0xff); //校验位低8位
checkBitHig = (unsigned char)((crc >> 8) & 0xff); //校验位高8位
printf ("chkcrc checkBitLow:%02X checkBitHig:%02X \n", checkBitHig,
checkBitLow);
crc = GetQuickCRC16(pCharData, 6);
checkBitLow = (unsigned char)(crc & 0xff);
checkBitHig = (unsigned char)((crc >> 8) & 0xff);
printf("GetQuickCRC16 checkBitLow:%02X checkBitHig:%02X \n", checkBitHig, checkBitLow);
}

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