APM32F072实现CRC16-MODBUS

CRC基本原理

什么是CRC

• [ ] 循环冗余校验(英语：Cyclic redundancy check，简称CRC)，由W.Wesley Peterson于1961年首次提出的一种纠错码理论。
• [ ] CRC是一种数据纠错方法，主要应用于数据通信或者数据存储的场合，用来检测或校验数据传输或者数据存储后可能出现的错误，特别是擅长检测由传输通道中的噪声引起的常见错误

多项式的概念

• [ ] 在CRC校验中，多项式其实就是收发双方约定好的一个二进制数，当然要成为这个二进制数是要有一些要求的。
• [ ] 对任意的二进制数都可以构造一个与其对应的二进制系数多项式。比如：二进制10011b，这个二进制数对应的多项式公式就是： P(x)= x^4+x+1

成为多项式要满足的条件

• [ ] 最高位和最低位都必须是1
• [ ] 当数据在传输过程中出错时，CRC的校验码不应该是0（也就是要有余数）
• [ ] 该多项式要有最大的错误检测能力

模2运算

模2运算的概念

• [ ] 模2运算，是一种二进制运算，是二进制编码理论中的运算基础。这种运算和我们以前学的四则运算的规则不同，模2运算不考虑进位、借位这些规则，它有着一套新的运算规则。
• [ ] 模2运算也有加减乘除法

模2运算加减法规则

• [ ] 加法规则：1+1=0 0+0=0 1+0=1 0+1=1
• [ ] 减法规则：0−0=0 1−1=0 0−1=1 1−0=1
• [ ] 加法不考虑进位，减法不考虑进位

模2加减法运算运算结果都是一样的，他和C语言的异或运算有着一样的规则。

模2运算乘除法规则

• [ ] 乘法规则：0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1
• [ ] 除法规则：0÷1=0 1÷1=1
• [ ] 模2的乘除法运算，与普通的运算有着类似的演算规则。但是在乘法时乘积相加，除法时余数和除数相减，就需要按照模2加减法规则运算。
• [ ] 除法：当被除数位数大于除数时，商1，不够则商为0。然后被除数的位数补下来，如果最终余数小于除数时，那么除法终止运算。

CRC校验

CRC校验的检测过程

在计算过程中，我们首先要知道二进制多项式，这个多项式其实就是除数，而待校验的数据就是被除数，最终进行模2除法运算得到的余数，就是CRC校验码。

0. 先约定好收发双方选择的CRC多项式，这个多项式其实就是计算过程中的除数。
1. 在待校验的数据（可看作是发送方的数据）后面加上n个0，这个n是多少取决于你所选择的多项式。比如你选择的多项式是：P(x)=x^4+x+1。那么CRC检验码的位宽就是4，也就是说你要补4个0
2. 对待校验数据进行模2除法运算，得出的余数就是CRC校验值。
3. 然后把CRC检验码添加到待检验数据的末尾。
4. 接收方，把接收到的数据，也进行模2除法的计算过程，如果余数为0，那么接收正确，如果不为0，那么数据在传输过程中出错。

CRC校验码计算演示过程

• [ ] 下面以多项式：P(x)=x^4+x+1为例，该多项式对应的二进制数就是：10011，进行计算演示。
• [ ] 原始数据假设是：1100110

常见的CRC多项式

CRC应用中的多项式不用我们自己去设计。前人经过研究，已经积累了各种应用场合的多项式了，不同的场合有不同的多项式，以便实现最大的纠错能力。下表列出了一小部分常用CRC的多项式表示：

APM32F072的CRC函数库

APM32F072的CRC

APM32F072的CRC相比于APM32F103的CRC拥有更强的灵活性，可以配置输入数据是否翻转、输出数据是否翻转、CRC的初始值可配置、CRC多项式值可配置、多项式的大小可配置，因此APM32F072的CRC自由度相当高，不单纯只局限于CRC32-以太网；下面演示一下使用APM32F072实现CRC16-MODBUS

CRC16-MODBUS的配置

void CRC16_MODBUS_Init(void)
{
    /* 开启CRC时钟 */
    RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_CRC);
    /* CRC复位 */
    CRC_Reset();

    /* 设置CRC多项式的大小为16 */
    CRC_SetPolynomialSize(CRC_POLYNOMIAL_SIZE_16);
    /* 设置CRC多项式系数为8005 */
    CRC_SetPolynomialValue(0x8005);
    /* 对输出数据进行反向操作 */
    CRC_EnableReverseOutputData();
    /* 选择要对输入数据执行的反向操作 */
    CRC_SelectReverseInputData(CRC_REVERSE_INPUT_DATA_16B);
    /* 配置CRC初始值 */
    CRC_WriteInitRegister(0xFFFF);
}

因为函数库里面实现数组的CRC运算是32位的，16位的需要我们自己编写一下函数

uint16_t CRC16_CalculateBlockCRC(uint16_t pBuffer[], uint32_t bufferLength)
{
    uint32_t index = 0;

    for (index = 0; index < bufferLength; index++)
    {
        CRC_CalculateCRC16bits(pBuffer[index]);
    }

    return (CRC->DATA);
}

CRC16-MODBUS演示和验证

demo验证和CRC在线网站计算的CRC16-MODBUS值一致，说明CRC16-MODBUS验证OK