《计算机网络课程设计(第2版)》——3.5节相关扩展

简介: 本节书摘来自华章社区《计算机网络课程设计(第2版)》一书中的第3章,第3.5节相关扩展,作者:吴功宜 吴 英 ,更多章节内容可以访问云栖社区“华章社区”公众号查看

3.5 相关扩展
除了上面介绍的方法之外,还有其他一些算法可以完成CRC校验。例如,多项式除法可用除法电路来实现。除法电路的主体由一组移位寄存器和模2加法器(异或单元)组成。以CRC-ITU为例,它由16级移位寄存器和3个加法器组成,图3-5给出了除法电路实现CRC的示意图(编码/解码共用)。编码、解码前将各寄存器初始化为“1”,信息位按照时钟周期依次移入。当信息位全部输入后,从寄存器组输出CRC结果。

  1. 比特型算法
    上面的CRC-ITU除法电路可以用软件来模拟。定义一个寄存器组,初始化为全1。依照电路图,每输入一个信息位,相当于一个时钟脉冲到来,从高到低依次移位。移位前信息位与bit0相加产生临时位,其中bit15移入临时位,bit10、bit3还要加上临时位。当全部信息位输入完成后,从寄存器组取出它们的值,这就是CRC码。

该算法的代码如下:

typedef union {
    u16 val;
    struct {
        u16 bit0 : 1;  
        u16 bit1 : 1;    //定义寄存器结构体
        ...
    } bits;
} CRCREGS;
// 寄存器组
CRCREGS regs;
// 初始化CRC寄存器组: 移位寄存器置为全1
void crcInitRegisters()
{
    regs.val = 0xffff;
}
// CRC输入一位
void crcInputBit(bit in)
{
    bit a;
    a = regs.bits.bit0 ^ in;
    regs.bits.bit0 = regs.bits.bit1;
    regs.bits.bit1 = regs.bits.bit2;
    regs.bits.bit2 = regs.bits.bit3;
    regs.bits.bit3 = regs.bits.bit4 ^ a;
    regs.bits.bit4 = regs.bits.bit5;
    regs.bits.bit5 = regs.bits.bit6;
    regs.bits.bit6 = regs.bits.bit7;
    regs.bits.bit7 = regs.bits.bit8;
    regs.bits.bit8 = regs.bits.bit9;
    regs.bits.bit9 = regs.bits.bit10;
    regs.bits.bit10 = regs.bits.bit11 ^ a;
    regs.bits.bit11 = regs.bits.bit12;
    regs.bits.bit12 = regs.bits.bit13;
    regs.bits.bit13 = regs.bits.bit14;
    regs.bits.bit14 = regs.bits.bit15;
    regs.bits.bit15 = a;
}
// 输出CRC码(寄存器组的值)
u16 crcGetRegisters()
{
    return regs.val;
}
crcInputBit中的逐步移位/异或操作可以进行如下简化:
void crcInputBit(bit in)
{
    bit a;
    a = regs.bits.bit0 ^ in;
    regs.val >>= 1;
    if(a) regs.val ^= 0x8408;
  1. 字节型算法
    比特型算法逐位进行运算,效率比较低,不适用于高速通信的场合。数字通信系统(遵循各种通信标准)一般是对一帧数据进行CRC校验,而字节是帧的基本单位。最常用的是一种按字节查表的快速算法。该算法基于这样一个事实:计算本字节后的CRC码,等于上一字节CRC右移8位和本字节之和再与上一字节余式CRC码的低8位左移8位相加后所求得的CRC码。如果我们把8位二进制序列数的CRC(共256个)全部计算出来,放在一个表里,那么编码时只要从表中查找对应的值进行处理即可。

CRC-ITU的算法如下:
1) 寄存器组初始化为全1(0xFFFF)。
2) 寄存器组向右移动一个字节。
3) 刚移出的那个字节与数据字节进行异或运算,得出一个指向值表的索引。
4) 将索引所指的表值与寄存器组做异或运算。
5) 数据指针加1,如果数据没有全部处理完,则重复步骤2。
6) 寄存器组取反,得到CRC,附加在数据之后。
CRC-ITU的验证算法如下:
1) 寄存器组初始化为全1(0xFFFF)。
2) 寄存器组向右移动一个字节。
3) 刚移出的那个字节与数据字节进行异或运算,得出一个指向值表的索引。
4) 将索引所指的表值与寄存器组做异或运算。
5) 数据指针加1,如果数据没有全部处理完,则重复步骤2(数据包括CRC的两个字节)。
6) 判断寄存器组的值是否等于“Magic Value”(0xF0B8),若相等则通过,否则失败。
下面是通用的CRC-ITU查找表以及计算和验证CRC的C语言程序:

// CRC-ITU查找表
const u16 crctab16[] = 
{
    0x0000, 0x1189, 0x2312, 0x329b, 0x4624, 0x57ad, 0x6536, 0x74bf,
    0x8c48, 0x9dc1, 0xaf5a, 0xbed3, 0xca6c, 0xdbe5, 0xe97e, 0xf8f7,
    0x1081, 0x0108, 0x3393, 0x221a, 0x56a5, 0x472c, 0x75b7, 0x643e,
    0x9cc9, 0x8d40, 0xbfdb, 0xae52, 0xdaed, 0xcb64, 0xf9ff, 0xe876,
    0x2102, 0x308b, 0x0210, 0x1399, 0x6726, 0x76af, 0x4434, 0x55bd,
    0xad4a, 0xbcc3, 0x8e58, 0x9fd1, 0xeb6e, 0xfae7, 0xc87c, 0xd9f5,
    0x3183, 0x200a, 0x1291, 0x0318, 0x77a7, 0x662e, 0x54b5, 0x453c,
    0xbdcb, 0xac42, 0x9ed9, 0x8f50, 0xfbef, 0xea66, 0xd8fd, 0xc974,
    0x4204, 0x538d, 0x6116, 0x709f, 0x0420, 0x15a9, 0x2732, 0x36bb,
    0xce4c, 0xdfc5, 0xed5e, 0xfcd7, 0x8868, 0x99e1, 0xab7a, 0xbaf3,
    0x5285, 0x430c, 0x7197, 0x601e, 0x14a1, 0x0528, 0x37b3, 0x263a,
    0xdecd, 0xcf44, 0xfddf, 0xec56, 0x98e9, 0x8960, 0xbbfb, 0xaa72,
    0x6306, 0x728f, 0x4014, 0x519d, 0x2522, 0x34ab, 0x0630, 0x17b9,
    0xef4e, 0xfec7, 0xcc5c, 0xddd5, 0xa96a, 0xb8e3, 0x8a78, 0x9bf1,
    0x7387, 0x620e, 0x5095, 0x411c, 0x35a3, 0x242a, 0x16b1, 0x0738,
    0xffcf, 0xee46, 0xdcdd, 0xcd54, 0xb9eb, 0xa862, 0x9af9, 0x8b70,
    0x8408, 0x9581, 0xa71a, 0xb693, 0xc22c, 0xd3a5, 0xe13e, 0xf0b7,
    0x0840, 0x19c9, 0x2b52, 0x3adb, 0x4e64, 0x5fed, 0x6d76, 0x7cff,
    0x9489, 0x8500, 0xb79b, 0xa612, 0xd2ad, 0xc324, 0xf1bf, 0xe036,
    0x18c1, 0x0948, 0x3bd3, 0x2a5a, 0x5ee5, 0x4f6c, 0x7df7, 0x6c7e,
    0xa50a, 0xb483, 0x8618, 0x9791, 0xe32e, 0xf2a7, 0xc03c, 0xd1b5,
    0x2942, 0x38cb, 0x0a50, 0x1bd9, 0x6f66, 0x7eef, 0x4c74, 0x5dfd,
    0xb58b, 0xa402, 0x9699, 0x8710, 0xf3af, 0xe226, 0xd0bd, 0xc134,
    0x39c3, 0x284a, 0x1ad1, 0x0b58, 0x7fe7, 0x6e6e, 0x5cf5, 0x4d7c,
    0xc60c, 0xd785, 0xe51e, 0xf497, 0x8028, 0x91a1, 0xa33a, 0xb2b3,
    0x4a44, 0x5bcd, 0x6956, 0x78df, 0x0c60, 0x1de9, 0x2f72, 0x3efb,
    0xd68d, 0xc704, 0xf59f, 0xe416, 0x90a9, 0x8120, 0xb3bb, 0xa232,
    0x5ac5, 0x4b4c, 0x79d7, 0x685e, 0x1ce1, 0x0d68, 0x3ff3, 0x2e7a,
    0xe70e, 0xf687, 0xc41c, 0xd595, 0xa12a, 0xb0a3, 0x8238, 0x93b1,
    0x6b46, 0x7acf, 0x4854, 0x59dd, 0x2d62, 0x3ceb, 0x0e70, 0x1ff9,
    0xf78f, 0xe606, 0xd49d, 0xc514, 0xb1ab, 0xa022, 0x92b9, 0x8330,
    0x7bc7, 0x6a4e, 0x58d5, 0x495c, 0x3de3, 0x2c6a, 0x1ef1, 0x0f78,
};
    
// 计算给定长度数据的16位CRC
u16 GetCrc16(const byte* pData, int nLength)
{
    u16 fcs = 0xffff;            // 初始化
       while(nLength>0)
    {
        fcs = (fcs >> 8) ^ crctab16[(fcs ^ *pData) & 0xff];
        nLength--;
        pData++;
    }
       return ~fcs;               // 取反
}
    
// 检查给定长度数据的16位CRC是否正确
bool IsCrc16Good(const byte* pData, int nLength)
{
    u16 fcs = 0xffff;            // 初始化
        while(nLength>0)
    {
        fcs = (fcs >> 8) ^ crctab16[(fcs ^ *pData) & 0xff];
        nLength--;
        pData++;
    }
        return (fcs == 0xf0b8);  // 0xf0b8是CRC-ITU的"Magic Value"
}
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