CRC循环冗余校验

发布时间：2023-05-21

一、CRC的概述

CRC（Cyclic Redundancy Check）循环冗余校验是一种常见的错误检测技术，常用于数字通信系统中的数据传输，可以快速、可靠地检测数据是否出错。CRC通常使用除法、位移和异或等数学运算实现，被广泛应用于网络、存储、通信等领域。 CRC是一种基于多项式的校验方法，它通过将数据看作多项式的系数，将多项式除以一个特定的生成多项式得到CRC码，将CRC码附加在数据后面传输。接收方在接收到数据后，也同样计算CRC码，与接收到的CRC码比较，如果一致则认为数据正确接收，否则认为数据出错。

二、CRC的计算

CRC计算过程可以概括为：将数据看作多项式，通过多项式除法运算得到余数，然后将余数作为校验码传输。接收方同样将接收到的数据看作多项式，通过多项式除法得到余数，并将余数与接收到的CRC码比较，判断数据是否正确。具体计算过程如下：

  1. 选择一个生成多项式G(x)，它应该足够的长，以保证检测到任何概率较高的错误。
G(x) = x^n + g_{n-1}x^{n-1} +...+ g_1x + g_0
  1. 将数据看作多项式M(x)，并在M(x)的末尾添加n位0，使得M(x)的次数比G(x)的次数低n位。
M(x)*x^n = C(x)*G(x) + R(x)
  1. 用G(x)对M(x)乘以x^n得到C(x)*G(x)，用M(x)*x^n减去C(x)*G(x)得到R(x)。
  2. 将R(x)的次数降低n位，得到CRC码。
CRC(M(x)) = R(x) mod G(x)

三、CRC的实现

CRC的实现需要选择一个合适的生成多项式，常用的有CRC-8、CRC-16、CRC-32等不同类型的生成多项式，具体需根据实际应用场景选择合适的类型和参数。 以CRC-32为例，其生成多项式为：

G(x) = x^32 + x^26 + x^23 + x^22 + x^16 + x^12 + x^11 + x^10 + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x + 1

可以使用不同的算法实现CRC计算，如查表法、移位法、模2除法法等，下面以移位法为例展示代码实现。

四、CRC移位法的实现代码

#include <stdint.h>
const uint32_t CRC32_POLY = 0xEDB88320;
uint32_t crc32(uint8_t* data, uint32_t length) {
    uint32_t crc = 0xFFFFFFFF;
    for (uint32_t i = 0; i < length; ++i) {
        crc ^= data[i];
        for (uint32_t j = 0; j < 8; ++j) {
            crc = (crc >> 1) ^ ((crc & 1) * CRC32_POLY);
        }
    }
    return crc ^ 0xFFFFFFFF;
}

以上代码展示了CRC-32的移位法实现，首先初始化crc为0xFFFFFFFF，然后处理数据中每一个字节，逐位进行异或操作和移位操作，最后得到CRC码并返回。在本例中，每个数据字节的位序与CRC码的位序是不同的，所以移位方向是从高位到低位。

五、CRC的应用场景

CRC广泛应用于数字通信领域，是现代通信技术中常用的错误检测方法之一。CRC的应用场景包括：

  1. 存储介质的数据校验，如磁盘、光盘、U盘等。
  2. 网络通信的数据校验，如TCP、UDP、IP等协议。
  3. 嵌入式系统中的数据校验，如传感器、控制器、通信模块等。
  4. 其他需要可靠传输的场景。

六、总结

CRC是一种简单、快速、可靠的数据校验方法，广泛用于数据通信、存储等领域。CRC的实现需要选择合适的生成多项式，并使用适合的算法进行计算。CRC的应用场景包括存储介质、网络通信、嵌入式系统等。通过本文的介绍，相信读者已经对CRC有了更深入的了解。

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