Modbus的CRC校驗實驗

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Modbus的CRC校驗實驗 表述 Name : "CRC-16/MODBUS" Width : 16 Poly : 8005 Init : FFFF RefIn : True RefOut : True XorOut : 0000 Check : ? 先參考一些廠家給的MODBUS校驗程式 con ...


Modbus的CRC校驗實驗

表述

   Name   : "CRC-16/MODBUS"
   Width  : 16
   Poly   : 8005
   Init   : FFFF
   RefIn  : True
   RefOut : True
   XorOut : 0000
   Check  : ?

先參考一些廠家給的MODBUS校驗程式

const unsigned char auchCRCHi[] = {
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
} ;

const unsigned char auchCRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
} ;

//crc low byte in high 8 bit
unsigned short Modbus_CRC16(unsigned char *Buff_addr,unsigned short len)
{
	unsigned char uchCRCHi = 0xFF;             // CRC高位元組的初始化
	unsigned char uchCRCLo = 0xFF;             // CRC低位元組的初始化
	unsigned short uIndex;                           // CRC查找表的指針
	while (len--)								
	{
		uIndex = uchCRCHi ^ *Buff_addr++;      // 計算CRC
		uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[uIndex];
		uchCRCLo = auchCRCLo[uIndex];
	}
	return(uchCRCHi <<8 | uchCRCLo);
}
//crc high byte in high 8 bit
unsigned short Modbus_CRC16_2(unsigned char *Buff_addr,unsigned short len)
{
	unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; 
    unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; 
    unsigned uIndex ; 
    while (len--) 
    {
        uIndex = uchCRCLo ^ *Buff_addr++ ; /* calculate the CRC*/
        uchCRCLo = uchCRCHi ^ auchCRCHi[uIndex] ;
        uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex] ;
    }
    return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ;
}

由上以程式，可看到使用的方法是直驅表法,而這個生成的表卻與正向poly直接計算生成的表是不一致的。
原因在於modbus使用的輸入位元組倒轉的選項，因此生成的表是不一樣的
那麼這個表是怎麼生成的呢？

poly        18005
            1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 //0x8005
reserved    1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 //0xa001 || 0x4003 兩種表述方法

因為MODBUS中CRC選擇了REFIN這個選項，那我們看這個表格是如何生成

unsigned short crcTable[256] = {0};
unsigned short poly = 0xa001;
void crcTableCreate(void)
{
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 256; i++)
    {
        unsigned short crc = i;
        for(int j = 0; j < 8; j++)
        {
            if(crc & 0x0001)
            {
                crc = (crc >> 1) ^ poly;
            }
            else
            {
                crc = crc >> 1;
            }
        }
        crcTable[i] = crc;
    }
}

0000,c0c1,c181,0140,c301,03c0,0280,c241,c601,06c0,0780,c741,0500,c5c1,c481,0440,
cc01,0cc0,0d80,cd41,0f00,cfc1,ce81,0e40,0a00,cac1,cb81,0b40,c901,09c0,0880,c841,
d801,18c0,1980,d941,1b00,dbc1,da81,1a40,1e00,dec1,df81,1f40,dd01,1dc0,1c80,dc41,
1400,d4c1,d581,1540,d701,17c0,1680,d641,d201,12c0,1380,d341,1100,d1c1,d081,1040,
f001,30c0,3180,f141,3300,f3c1,f281,3240,3600,f6c1,f781,3740,f501,35c0,3480,f441,
3c00,fcc1,fd81,3d40,ff01,3fc0,3e80,fe41,fa01,3ac0,3b80,fb41,3900,f9c1,f881,3840,
2800,e8c1,e981,2940,eb01,2bc0,2a80,ea41,ee01,2ec0,2f80,ef41,2d00,edc1,ec81,2c40,
e401,24c0,2580,e541,2700,e7c1,e681,2640,2200,e2c1,e381,2340,e101,21c0,2080,e041,
a001,60c0,6180,a141,6300,a3c1,a281,6240,6600,a6c1,a781,6740,a501,65c0,6480,a441,
6c00,acc1,ad81,6d40,af01,6fc0,6e80,ae41,aa01,6ac0,6b80,ab41,6900,a9c1,a881,6840,
7800,b8c1,b981,7940,bb01,7bc0,7a80,ba41,be01,7ec0,7f80,bf41,7d00,bdc1,bc81,7c40,
b401,74c0,7580,b541,7700,b7c1,b681,7640,7200,b2c1,b381,7340,b101,71c0,7080,b041,
5000,90c1,9181,5140,9301,53c0,5280,9241,9601,56c0,5780,9741,5500,95c1,9481,5440,
9c01,5cc0,5d80,9d41,5f00,9fc1,9e81,5e40,5a00,9ac1,9b81,5b40,9901,59c0,5880,9841,
8801,48c0,4980,8941,4b00,8bc1,8a81,4a40,4e00,8ec1,8f81,4f40,8d01,4dc0,4c80,8c41,
4400,84c1,8581,4540,8701,47c0,4680,8641,8201,42c0,4380,8341,4100,81c1,8081,4040,

使用這種方法生成的表格與官方給的是相一致的，只是高低位是顛倒的，那這個又如何理解呢，那是因為採用低位先XOR的方式，那麼位元組填充的方式就是跟正向是不一致的，反向方式相當於數據是填充在數據串的左側，於是生成CRC的後8位反而與後進來的數據高位進行XOR。
這種方式來進行直驅表法的公式與POLY是正向的也有所區別

unsigned short crcUpdate3(unsigned short crcIn, unsigned char data)
{
    unsigned short result = 0;
    //result = (crcIn << 8) ^ crcTable[(crcIn >> 8) ^ data]; // poly
    result = (crcIn >> 8) ^ crcTable[(crcIn & 0xff) ^ data]; // reversed poly
    return result;
}

unsigned short crcCheck3(unsigned char *pData, unsigned char size)
{
    unsigned short crcResult = 0xffff;//Initial Value
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate3(crcResult, *(pData+i));
    }
    return crcResult;
}

如果想要得到三種方法得到一樣的結果那邊直驅表法的寄存器初始值必須都是0才可以達到三者的輸出結果一致，不然直驅表法得到與其他兩種方法一樣的結果，因為直驅表法本來就是直接計數方法的變種。
下麵是針對MODBUS的三種結果一致的具體實現，寄存器初始值設置為0

unsigned short crcUpdate(unsigned short crcIn, unsigned char data)
{
    unsigned short result = 0;
    unsigned int poly = (0xa001 << 1) + 1;
    unsigned int tmp =  crcIn;
    for(int i = 0; i < 8; i++)
    {
        if(data & 0x01)
        {
            tmp += 0x10000;
        }
        data >>= 1;
        if(tmp & 0x0001)
        {
            tmp ^= poly;
        }
        tmp >>= 1;
    }
    result = tmp & 0xffff;
    return result;
}

unsigned short crcCheck(unsigned char *pData, unsigned char size)
{
    unsigned short crcResult = 0x0000;//Initial Value
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate(crcResult, *(pData+i));
    }
    for(int i = 0; i < 2; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate(crcResult, 0x00);
    }
    return crcResult;
}

unsigned short crcUpdate2(unsigned short crcIn, unsigned char data)
{
    unsigned short result = 0;
    result = (crcIn >> 8 | data << 8) ^ crcTable[(crcIn & 0xff)];
    return result;
}

unsigned short crcCheck2(unsigned char *pData, unsigned char size)
{
    unsigned short crcResult = 0x0000;//Initial Value
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate2(crcResult, *(pData+i));
    }
    for(int i = 0; i < 2; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate2(crcResult, 0x00);
    }
    return crcResult;
}

unsigned short crcUpdate3(unsigned short crcIn, unsigned char data)
{
    unsigned short result = 0;
    result = (crcIn >> 8) ^ crcTable[(crcIn & 0xff) ^ data];
    return result;
}

unsigned short crcCheck3(unsigned char *pData, unsigned char size)
{
    unsigned short crcResult = 0x0000;//Initial Value
    for(int i = 0; i < size; i++)
    {
        crcResult = crcUpdate3(crcResult, *(pData+i));
    }
    return crcResult;
}

將位元組倒過來，先對小位進行計算，是因為一些硬體電路他是LSB先發送的，如果對小位開始計算可以直接對硬體進入的數據直接開始CRC計算，方便硬體電路的實現。


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