最近在帮客户编写基于S32K144编写TPS929120的软件驱动时,需要在发送数据的末端增加8bit的CRC校验码。因为之前使用E522.49时,其数据手册直接提供了自身CRC校验算法的代码,而TPS929120的手册只告知了算法的CRC多项式为 ,初始值为0xFF,所以代码部分需要自己实现。
我查阅了TLD7002,BD18331,MPQ7225等LED Driver的数据手册,都是采用的CRC校验算法,其中MPQ7225的CRC校验算法和TPS929120是一样的。因为之前接触CRC校验不多,特定将相关的学习过程记录下来,方便后面有需要时快速完成其他厂家的LED Driver软件驱动。
CRC基础知识
CRC概念
CRC(Cyclic Redundancy Checksum)是一种纠错技术,代表循环冗余校验和。
数据通信领域中最常用的一种差错校验码,其信息字段和校验字段长度可以任意指定,但要求通信双方定义的CRC标准一致。主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。它的使用方式可以说明如下图所示:
在数据传输过程中,无论传输系统的设计再怎么完美,差错总会存在,这种差错可能会导致在链路上传输的一个或者多个帧被破坏(出现比特差错,0变为1,或者1变为0),从而接受方接收到错误的数据。
为尽量提高接受方收到数据的正确率,在接收方接收数据之前需要对数据进行差错检测,当且仅当检测的结果为正确时接收方才真正收下数据。检测的方式有多种,常见的有 奇偶校验 、因特网校验和循环冗余校验等。
CRC参数模型
一个完整的CRC参数模型应该包含以下信息: WIDTH,POLY,INIT,REFIN,REFOUT,XOROUT 。
- NAME :参数模型名称。
- WIDTH :宽度,即生成的CRC数据位宽,如CRC-8,生成的CRC为8位
- POLY :十六进制多项式,省略最高位1,如 ,二进制为 1 0000 0111 ,省略最高位1,转换为十六进制为0x07。
- INIT :CRC初始值,和WIDTH位宽一致。
- REFIN :true或false,在进行计算之前,原始数据是否翻转,如原始数据:0x34 = 0011 0100 ,如果REFIN为true,进行翻转之后为0010 1100 = 0x2c
- REFOUT :true或false,运算完成之后,得到的CRC值是否进行翻转,如计算得到的CRC值:0x97 = 1001 0111 ,如果REFOUT为true,进行翻转之后为11101001 = 0xE9。
- XOROUT :计算结果与此参数进行异或运算后得到最终的CRC值,和WIDTH位宽一致。
通常如果只给了一个多项式,其他的没有说明则: **INIT=0x00,REFIN=false,REFOUT=false,XOROUT=0x00** 。
TPS929120的CRC值计算方式
CRC参数:
根据数据手册,TPS929120选择的是CRC多项式为 ,初始值为0xFF;所以POLY为0x31,INIT为FF。由于UART的数据传输是LSB(先传输低位),所以REFIN为True。综上所述,TPS929120的CRC参数表为:
NAME = CRC_TPS929120
WIDTH = 8
POLY = 0x31 = 0011 0001(最高位1已经省略)
INIT = 0xFF
XOROUT = 0x00
REFIN = TRUE
REFOUT = FALSE
算法图:
TPS929120数据手册提供了自身CRC校验的算法图,如下所示:
因为TPS929120要求第一个发送的数据0x55(用于同步)不参与计算,所以下面介绍的几种计算方式都不会将0x55纳入CRC计算范围。
计算方法一:
方法一按照TPS929120提供的算法图进行实现。
计算步骤:
结合TPS929120数据手册提供的算法图,方法一的计算步骤如下所示:
1. 将0xFF作为CRC初始值。
2. 当第一个输入字节的Bit0到来时,
2.1 将初始值的Bit7和输入值的Bit0进行异或运算,得到的值保留,记作Temp_Bit;
2.2 将初始值的Bit6代替原本的Bit7;
2.3 将初始值的Bit5代替原本的Bit6;
2.4 将初始值的Bit4和Temp_Bit进行异或运算,使用得到的值代替原本的Bit5;
2.5 将初始值的Bit3和Temp_Bit进行异或运算,使用得到的值代替原本的Bit4;
2.6 将初始值的Bit2代替原本的Bit3;
2.7 将初始值的Bit1代替原本的Bit2;
2.8 将初始值的Bit0代替原本的Bit1;
2.9 使用Temp_Bit代替原本的Bit0;
3. 第一个输入字节的剩余7bit也是同样的操作,然后得到第一个输入字节的CRC值。
4. 第二个输入字节到来,使用上一次计算得到的CRC值作为CRC初始值,重复2,3步骤。
5. 当最后一个输入字节计算完毕之后,就得到了最终的CRC校验值。
实现代码为:
- 单个字节的CRC值计算
#define BIT0 (0x01)
#define BIT1 (0x02)
#define BIT2 (0x04)
#define BIT3 (0x08)
#define BIT4 (0x10)
#define BIT5 (0x20)
#define BIT6 (0x40)
#define BIT7 (0x80)
unsigned int CRC_Calculation(unsigned int CRC_Initial, unsigned int Input_Data)
{
unsigned int Temp_Bit, Input_Bit;
/* store every bit value of Input_Data */
unsigned int bit0, bit1, bit2, bit3, bit4, bit5, bit6, bit7;
/* store the Input_Data (byte) 's CRC */
unsigned int CRC=0;
/* get every bit of CRC initial value */
unsigned int i=0; bit0 = CRC_Initial & BIT0;
bit1 = (CRC_Initial & BIT1)>>1;
bit2 = (CRC_Initial & BIT2)>>2;
bit3 = (CRC_Initial & BIT3)>>3;
bit4 = (CRC_Initial & BIT4)>>4;
bit5 = (CRC_Initial & BIT5)>>5;
bit6 = (CRC_Initial & BIT6)>>6;
bit7 = (CRC_Initial & BIT7)>>7;
for(i=0; i<8; i++)
{
/* extract one bit of Input Data (from LSB to MSB) */
Input_Bit = (Input_Data >> i) & 0x01;
/* Do Input_Bit XOR bit7 */
Temp_Bit = Input_Bit ^ bit7;
bit7 = bit6;
bit6 = bit5;
/* Do bit4 XOR Temp_Bit */
bit4 = bit4 ^ Temp_Bit;
bit5 = bit4;
/* Do bit3 XOR Tmep_Bit */
bit3 = bit3 ^ Temp_Bit;
bit4 = bit3;
bit3 = bit2;
bit2 = bit1;
bit1 = bit0;
bit0 = Temp_Bit;
}
CRC = (bit7<<7)|(bit6<<6)|(bit5<<5)|(bit4<<4)|(bit3<<3)|(bit2<<2)|(bit1<<1)|bit0;
return CRC;
}
- 命令帧的CRC值计算
unsigned int CRC(unsigned int commandFrame_withoutCRC[], unsigned int byteLength)
{
unsigned int j;
unsigned int CRCtemp;
for(j=0; j
计算方法二:
Github上面有一套成熟的开源CRC算法,如下,
GitHub - whik/crc-lib-c: 基于C语言的CRC校验库,包括常用的21个CRC参数模型实现^[1]^
参考其中的 CRC-8/MAXIM ,并根据TPS929120的CRC参数进行微调,得到的算法如下:
/* as UART transmit from LSB to MSB,
* invert the polynomial 0x31 (0011 0001) to 0x8C (1000 1100)
*/
#define polynomialINV 0x8C
#define LSB 0x01
/* calculate CRC of command frame */
unsigned int CRC_LUT(unsigned int commandFrame_withoutCRC[], unsigned int byteLength)
{
unsigned int remainder, k, j;
/* assign the initial value 0xFF */
remainder = 0xFF;
/* the first SYNC byte not engage CRC calculation */
for(k=1;k
计算方法三:
方法三在方法二的基础上进行优化,将CRC的计算部分(如下图)提前做成数组,涵盖0-255的CRC计算结果,然后用到的时候直接查表。
for(i=0; i<8; i++)
{
if(remainder & LSB)
{
/* right shift 1 bit and do the XOR operation with 0x8C */
remainder = (remainder>>1) ^ polynomialINV;
}
else
{
remainder = remainder>>1;
}
}
最终的实现形式如下:
/* as UART transmit from LSB to MSB,
* invert the polynomial 0x31 (0011 0001) to 0x8C (1000 1100)
*/
#define polynomialINV 0x8C
#define LSB 0x01
unsigned int crcArray[256];
/* calculate and store the CRC of data from 0x00 to 0xFF */
void crcInitial()
{
unsigned int k, j, remainder;
for(k=0;k<256;k++)
{
remainder=k;
for(j=8;j>0;j--)
{
if(remainder & LSB)
{
/* right shift 1 bit and do the XOR operation with 0x8C */
remainder = (remainder>>1) ^ polynomialINV;
}
else
{
remainder = remainder>>1;
}
}
crcArray[k]=remainder;
}
}
/* calculate CRC of command frame */
unsigned int CRC_LUT(unsigned int commandFrame_withoutCRC[], unsigned int byteLength)
{
unsigned int remainder, tempData, k;
/* assign the initial value 0xFF */
remainder = 0xFF;
/* the first SYNC byte not engage CRC calculation */
for(k=1;k
验证:
使用一个数组{0x55,0x80,0x61,0x00}进行验证,其中0x55不参与CRC计算,以计算方法一为例,添加打印的mian函数如下:
#include
int main()
{
unsigned int data[4] = {0x55,0x80,0x61,0x00};
unsigned int crc;
for(int i = 0; i < 4; i++)
{
printf("%02x ", data[i]);
}
printf("\\n");
crc = CRC(data,4);
printf("Method 1:CRC result of TPS929120 is %02x\\n", crc);
return 0;
}
使用在线C语言编译器(菜鸟教程在线编辑器 (runoob.com) ^[2]^ )进行验证,计算结果如下图,为0x74:
使用在线CRC计算工具进行验证,结果也是0x74:
使用TPS929120自带的Excel形式的CRC计算工具进行验证,结果也是0x74:
其他两种方式经过验证也是一样的结果,有兴趣的读者可以使用在线C语言编辑器试一下。
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