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标题: 单片机通信中的CRC算法原理及程序设计 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 16:41
标题: 单片机通信中的CRC算法原理及程序设计
1　引　言
　　在单片机的近、远程通信中，为了确保传输报文（数据和信息）的正确性和加快报文的传输速度，采用CRC算法。在信道上传输的每一个字节，通过CRC算法校验，从参数表中获得其校验值，使报文无差错地快速传输。
　　单片机之间有／无线载波电路进行单播（点对点）通信，或通过专用程控交换机连接单片机组成的有／无线局域网进行单播或广播（多点对多点）通信，都要实现报文的快速交换。一个最关键的问题就是要解决传输报文的误码问题。常用的方法是设计有效的硬件驱动电路和编制相应的监控软件。CRC算法不需要设计专门的硬件驱动电路，而是直接依靠设计监控软件的办法，对报文进行快速的校验来提高报文的传输速度，并保证报文的可靠传输。
　　CRC算法能进行单个报文和分组报文传输的校验；在分组报文的传输中，对每一个分组报文进行校验，如果正确接收，则将此组报文存入缓冲区；否则记下此分组报文的组号，等所有的分组报文传输完后，再统计接收失败的组数，将失败的分组报文的组号传输到发送端的单片机，请求重发失败的分组报文。报文全部接收正确后，在缓冲区中合并所有的分组，形成一个完整的报文，传输给接收端的单片机，这样就能减少传输的时间，提高系统的可靠性。
　　2　CRC算法的原理
　　国际电报电话咨询委员会推荐的CRC—CCITT生成多项式（G（x））有多种，这里选取约定的生成多项式G（x）＝x16＋x12＋x5＋1 来制造CRC校验的参数表。CRC约定的校验规则是：让需要校验的报文代码（M（x））能为G（x）除尽。如果除得尽，表明代码正确；如果除不尽，余数（R（x））将指明出错位所在的位置。在单片机的通信中，一般要在内存中开辟缓冲区存放报文代码，涉及的单片机发送端／接收端硬件电路框图见图1。
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　　在发送端的单片机中，通过对传输报文的字节进行CRC编码，得到一个16进制的编码值，并将该值存放于传输报文的最后，一并传输给接收端的单片机。
　　接收端单片机收到报文后，采用CRC校验，也得到一个16进制校验值，将该校验值和传输来的编码值进行比较，如果相等，证明传输无误，向发送端发送一个接收正确的应答信号；否则接收到的报文有误码，并向发送端发送请求重发的应答信号，也就是ARQ方式。重发的次数由程序设计者来定，但一般最好定为3次重发。重发的次数太多，则此信道长期被占用，影响别的单位和自身的通信；重发次数太少，在信道干扰太大及不稳定的情况下不能正确的接收。
　　3　CRC算法程序设计
　　3．1　CRC算法描述
　　校验一个报文，令不同的变量存放校验值和中间结果，依次从缓冲区中取报文的每一个字节，经过运算，就可以从参数表中获得相应的校验值，直到此报文被校验完。
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　　3．2　CRC算法C语言程序清单
　　CRC参数表如下：
　　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　　／＊－－缓冲区大小———＊／
　　＃define　ETb　（byte）0x20　／＊——报文结束符——＊／
　　byte　crc0＝0，crc1＝0；　　／＊———字节变量———＊／
　　void main（void）
　　｛　／＊———根据要求编写主程序，调用crcvalue（）子程序———＊／　｝
　　word crcvalue（byte＊crcbuf）　／＊计算报文的CRC值，crcbuf是缓冲区＊／
　　｛　word count；
　　for（crc0＝crc1＝0，count＝1；crcbuf［count］！＝ETb＆＆count
　　＜bUFLEN；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　　＋＋count；　　｝
　　viod crccount（byte crc100）　／＊计算一个字节的CRC值＊／
　　｛　　byte　　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；　　｝
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　　4　CRC算法的优缺点
　　用软件实现的CRC算法，其主要优点是突出了一个“快”字，为了提高校验速度，把参数表和应用程序一起写入单片机的EPROM内，当进行CRC校验时，对需要发送的每一字节，按上述的方法进行计算，就可得到该字节的校验值。从而提高了速度，较好地克服了异步传输中校验和发送时间很不匹配的矛盾。
　　CRC算法的缺点是由于要存储512字节的参数表，需要更多的存储空间，但是在单片机的应用中，这种以空间换取时间的方法是值得提倡的。
　　5　结束语
　　CRC算法能很好地解决传输报文过程中的校验问题，在8031，80C196，80188等CPU控制的单片机中，进行了大量的有／无线传输报文实验，在300bPS，600bPS，1200bPS，2400bPS，4800bPS的波特率下，CRC算法都能很好地进行校验，提高了传输速度。
　　［参考文献］
　　［1］　白驹珩，等．单片机及其应用［M］．电子科技大学出版社，1994．5．
　　［2］　刘乐善，等．微型计算机接口技术及应用［M］．华中理工大学出版社，1994．3．
　　［3］　俸远祯，等．计算机组成原理［M］．电子工业出版社，1996．8．
　　［4］　Herbert Schildt．最新C语言大全［M］．中科院希望高级电脑技术公司，1991．5．

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