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Micrium全家桶之uC-CRC: 0x02 CRC

嵌入式USB开发 来源:嵌入式USB开发 作者:嵌入式USB开发 2023-06-08 11:00 次阅读

本文转自公众号,欢迎关注

Micrium全家桶之uC-CRC: 0x02 CRC (qq.com)

前言

前一篇我们讲了Micrium全家桶之uC-CRC: 0x01 ECC:https://mp.weixin.qq.com/s/FKVvzwL7wzxLJCkx3gOdJQ。ECC常用于NAND进行误码校正。而CRC一般用于错误检测,比如镜像,协议的正确完备性检测。

这一篇我们来讲讲uC-CRC组件的CRC部分,老规矩先代码用起来,然后再讲讲原理,理论结合实践。

使用

可以从https://github.com/qinyunti/uC-CRC.git下载代码,该版本在原版本基础上进行了修改,删除了其他依赖,可以单独使用,方便移植,也可以参考https://mp.weixin.qq.com/s/FKVvzwL7wzxLJCkx3gOdJQ。

有了上一篇基础我们不再详细介绍如何集成该代码,直接进入测试环节。

文件

如果只使用CRC的话只需要crc_cfg.h和edc_crc.c,edc_crc.h即可。

配置

其中cec_cfg.h的宏EDC_CRC_CFG_OPTIMIZE_ASM_EN配置是否使用汇编代码实现,默认为DEF_DISABLED.

以下宏配置是否使能对应的算法和反转查找表

其中前面4个宏使能了4种算法,后面4个宏定义是否支持位反转模式,如果是则会定义对应的CRC查找表,比如EDC_CRC_CFG_CRC32_REF_EN使能则使用CRC_TblCRC32_ref,EDC_CRC_CFG_CRC32_EN使能则使用CRC_TblCRC32。

所谓的位反转就是bit7和bit0交换,bit6和bit1交换...,通过查表法空间换时间加快速度。有些场景需要位翻转,所以有这个实现。

#define EDC_CRC_CFG_CRC16_1021_EN               DEF_ENABLED    /* See Note #3.                                         */


#define EDC_CRC_CFG_CRC16_8005_EN               DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC16_8048_EN               DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC32_EN                    DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC16_1021_REF_EN           DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC16_8005_REF_EN           DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC16_8048_REF_EN           DEF_ENABLED


#define EDC_CRC_CFG_CRC32_REF_EN                DEF_ENABLED

接口

CRC提供了以下接口

CRC_Open_16Bit


CRC_WrBlock_16Bit


CRC_WrOctet_16Bit


CRC_Close_16Bit


CRC_Open_32Bit


CRC_WrBlock_32Bit


CRC_WrOctet_32Bit


CRC_Close_32Bit

提供了两组接口16位的和32位的

流式操作,结果存在结构体参数种 只支持查表法

CRC_Open_16Bit()->

CRC_WrBlock_16Bit()-> 一次写多个字节

CRC_WrOctet_16Bit()-> 一次写一个字节

CRC_Close_16Bit()->

32位的类似

CRC_Open_32Bit->

CRC_WrBlock_32Bit->

CRC_WrOctet_32Bit->

CRC_Close_32Bit->

这里提供这几个位反转接口,最后结果再调用这些接口进行位反转。

CRC_Reflect_08Bit 查表法实现8位数据位反转 查表是CRC_ReflectTbl

CRC_Reflect_16Bit 查表法实现16位数据位反转

CRC_Reflect_32Bit 查表法实现32位数据位反转

还提供两个接口直接计算,立即返回计算值,支持查表和不查表

CRC_ChkSumCalc_16Bit

CRC_ChkSumCalc_32Bit

所以以上有几种配置:使用查表还是不使用查表,使用位反转还是不使用

p_model->Reflect == DEF_YES 则使用位反转

p_model->TblPtr == (const CPU_INT16U *)0则不使用查表

测试

以CRC_ChkSumCalc_16Bit为例

CPU_INT16U   crc = CRC_ChkSumCalc_16Bit((CRC_MODEL_16*)&CRC_ModelCRC16_8005,(void*)p_datap,strlen(p_datap),&err);

第一个参数传入默认配置好的

const CRC_MODEL_16  CRC_ModelCRC16_8005 = {


0x8005u,


0x0000u,


DEF_NO,


0x0000u,


&CRC_TblCRC16_8005[0]


};

即多项式为0x8005,初始值为0x0000,不进行位反转,不进行异或输出,查表为CRC_TblCRC16_8005。

测试代码如下

#include < stdio.h >
#include < stdint.h >
#include "edc_crc.h"
uint8_t s_buffer[33];
int crc_main(int argc, char* argv[])
{
  const char* p_datap="123456789";
  EDC_ERR err;
  CPU_INT16U   crc = CRC_ChkSumCalc_16Bit((CRC_MODEL_16*)&CRC_ModelCRC16_8005,(void*)p_datap,strlen(p_datap),&err);
  if(EDC_CRC_ERR_NONE != err)
  {
    printf("err\\r\\n");
  }
  else
  {
    printf("crc = %#x\\r\\n",crc);
  }
  return 0;
}

打印值如下

crc = 0xfee8

和edc_crc.h下列举的测试用例结果一致

*                       ------------------------------------------------------------------
*                       |    POLY    |  REFLECT?  |  INIT VAL  | COMP. OUT? |     CRC    |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x1021 |     NO     |     0x0000 |     NO     |     0x31C3 |
*                       |     0x1021 |     NO     |     0x0000 |     YES    |     0xCE3C |
*                       |     0x1021 |     NO     |     0x1D0F |     NO     |     0xE5CC |
*                       |     0x1021 |     NO     |     0xFFFF |     NO     |     0x29B1 |
*                       |     0x1021 |     NO     |     0xFFFF |     YES    |     0xD64E |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x1021 |     YES    |     0x0000 |     NO     |     0x2189 |
*                       |     0x1021 |     YES    |     0x0000 |     YES    |     0xDE76 |
*                       |     0x1021 |     YES    |     0xFFFF |     NO     |     0x6F91 |
*                       |     0x1021 |     YES    |     0xFFFF |     YES    |     0x906E |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x8005 |     NO     |     0x0000 |     NO     |     0xFEE8 |
*                       |     0x8005 |     NO     |     0x0000 |     YES    |     0x0117 |
*                       |     0x8005 |     NO     |     0xFFFF |     NO     |     0xAEE7 |
*                       |     0x8005 |     NO     |     0xFFFF |     YES    |     0x5118 |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x8005 |     YES    |     0x0000 |     NO     |     0xBB3D |
*                       |     0x8005 |     YES    |     0x0000 |     YES    |     0x44C2 |
*                       |     0x8005 |     YES    |     0xFFFF |     NO     |     0x4B37 |
*                       |     0x8005 |     YES    |     0xFFFF |     YES    |     0xB4C8 |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x8048 |     NO     |     0x0000 |     NO     |     0x80A0 |
*                       |     0x8048 |     NO     |     0x0000 |     YES    |     0x7F5F |
*                       |     0x8048 |     NO     |     0xFFFF |     NO     |     0xE8E0 |
*                       |     0x8048 |     NO     |     0xFFFF |     YES    |     0x171F |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       |     0x8048 |     YES    |     0x0000 |     NO     |     0x1506 |
*                       |     0x8048 |     YES    |     0x0000 |     YES    |     0xEAF9 |
*                       |     0x8048 |     YES    |     0xFFFF |     NO     |     0x1710 |
*                       |     0x8048 |     YES    |     0xFFFF |     YES    |     0xE8EF |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       | 0x04C11DB7 |     NO     | 0x00000000 |     NO     | 0x89A1897F |
*                       | 0x04C11DB7 |     NO     | 0x00000000 |     YES    | 0x765E7680 |
*                       | 0x04C11DB7 |     NO     | 0xFFFFFFFF |     NO     | 0x0376E6E7 |
*                       | 0x04C11DB7 |     NO     | 0xFFFFFFFF |     YES    | 0xFC891918 |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------
*                       | 0x04C11DB7 |     YES    | 0x00000000 |     NO     | 0x2DFD2D88 |
*                       | 0x04C11DB7 |     YES    | 0x00000000 |     YES    | 0xD202D277 |
*                       | 0x04C11DB7 |     YES    | 0xFFFFFFFF |     NO     | 0x340BC6D9 |
*                       | 0x04C11DB7 |     YES    | 0xFFFFFFFF |     YES    | 0xCBF43926 |
*                       -------------+------------+------------+------------+-------------

CRC原理

参考

https://www.iar.com/knowledge/support/technical-notes/general/checksum-generation/

https://ecomputernotes.com/computernetworkingnotes/communication-networks/cyclic-redundancy-check

CRC即Cyclic Redundancy Check循环冗余校验码,用来进行错误检测,我们对数据进行CRC计算得到一个校验码,校验码和数据一起发送,接收时再对数据计算CRC和收到的校验码比对,如果校验值一样则认为数据正确。其根本原理还是奇偶校验,只是可以认为是花式奇偶校验,源数据反转一个bit会对应到CRC值的1位变化,但是源数据多位改变则有可能CRC不变。

所以CRC的校验能力并不是很强,但是比奇偶校验和求和校验强,且好在简单计算快,所以以太网等数据传输,一些传感器数据,底层总线信号包等都使用CRC校验。

从另一个角度CRC是基于二进制除法(MODULO ARITHMETIC)的算法,要传输的数据单元被一个预定的除数(二进制数)除以得到余数。这个余数称为CRC。CRC比除数小1位。这意味着如果CRC为n位,则除数为n+ 1位。发送方将这个CRC附加到数据单元的末尾,这样得到的数据单元就可以被预定的除数完全整除,即余数变为零。在目的地,输入的数据单元(即数据+ CRC)被相同的数字(预定的二进制除数)所除,如果能整除就说明数据正确。

图片

过程如下

先选择除数(即二进制值),即对应的我们所说的多项式,比如选1011则对应多项式x^3+X^1+x^0,位数为4.

然后在源数据的后面添上4-1个0.比如源数据是1001则变为了1001000,然后这个值除以1011

注意这里除法有一点不一样,看最左边的一位如果余数最左边是0则商0,否则商1,另外做减法时不需要借位,只需要满足0-1=1 0-0=0 1-1=0 1-0=1

图片

以上运算最终得到余数110所以,所以接到数据后就是1001110

接收端检测时用1001110除以1011,如果余数为0说明数据正确

图片

总结一下

l除数(多项式的位数)是CRC值的位数+1,比如对于8位CRC,其多项式的最高位为X^8,包括常数项就是9位。

lCRC可以检测到所有影响奇数位的突发错误,偶数位不保证

l选择的多项式决定了检测错误的能力和类型,所以才有了那些标准的多项式

比如

图片

除数和多项式的关系如下,最高次项始终是1,次数和CRC位数一样.

图片

用多项式的角度看除法就是如下图,注意减法时不需要借位,系数满足1bit的减法。

图片

而CRC的计算一般都采用了查表法。

CRC计算工具

https://crccalc.com/?crc=01020304&method=crc32&datatype=hex

http://www.sunshine2k.de/coding/javascript/crc/crc_js.html

https://www.lammertbies.nl/comm/info/crc-calculation.html

总结

以上进行了uC-CRC的CRC部分测试以及相应的原理讲解,在理解的基础上可以将代码集成到自己的项目中使用。

审核编辑:汤梓红

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