TPS929120的CRC校驗(yàn)的三種實(shí)現(xiàn)方法

最近在幫客戶編寫基于S32K144編寫TPS929120的軟件驅(qū)動時(shí)，需要在發(fā)送數(shù)據(jù)的末端增加8bit的CRC校驗(yàn)碼。因?yàn)橹笆褂肊522.49時(shí)，其數(shù)據(jù)手冊直接提供了自身CRC校驗(yàn)算法的代碼，而TPS929120的手冊只告知了算法的CRC多項(xiàng)式為 ，初始值為0xFF，所以代碼部分需要自己實(shí)現(xiàn)。

我查閱了TLD7002，BD18331，MPQ7225等LED Driver的數(shù)據(jù)手冊，都是采用的CRC校驗(yàn)算法，其中MPQ7225的CRC校驗(yàn)算法和TPS929120是一樣的。因?yàn)橹敖佑|CRC校驗(yàn)不多，特定將相關(guān)的學(xué)習(xí)過程記錄下來，方便后面有需要時(shí)快速完成其他廠家的LED Driver軟件驅(qū)動。

CRC基礎(chǔ)知識

這一章節(jié)主要介紹CRC概念和參數(shù)模型（來源于網(wǎng)絡(luò)）

CRC概念

CRC（Cyclic Redundancy Checksum）是一種糾錯(cuò)技術(shù)，代表循環(huán)冗余校驗(yàn)和。

數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯(cuò)校驗(yàn)碼，其信息字段和校驗(yàn)字段長度可以任意指定，但要求通信雙方定義的CRC標(biāo)準(zhǔn)一致。主要用來檢測或校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸或者保存后可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。它的使用方式可以說明如下圖所示：

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，無論傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)再怎么完美，差錯(cuò)總會存在，這種差錯(cuò)可能會導(dǎo)致在鏈路上傳輸?shù)囊粋€(gè)或者多個(gè)幀被破壞(出現(xiàn)比特差錯(cuò)，0變?yōu)?，或者1變?yōu)?)，從而接受方接收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

為盡量提高接受方收到數(shù)據(jù)的正確率，在接收方接收數(shù)據(jù)之前需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測，當(dāng)且僅當(dāng)檢測的結(jié)果為正確時(shí)接收方才真正收下數(shù)據(jù)。檢測的方式有多種，常見的有 奇偶校驗(yàn) 、因特網(wǎng)校驗(yàn)和循環(huán)冗余校驗(yàn)等。

CRC參數(shù)模型

一個(gè)完整的CRC參數(shù)模型應(yīng)該包含以下信息： WIDTH，POLY，INIT，REFIN，REFOUT，XOROUT 。

• NAME ：參數(shù)模型名稱。
• WIDTH ：寬度，即生成的CRC數(shù)據(jù)位寬，如CRC-8，生成的CRC為8位
• POLY ：十六進(jìn)制多項(xiàng)式，省略最高位1，如 ，二進(jìn)制為 1 0000 0111 ，省略最高位1，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制為0x07。
• INIT ：CRC初始值，和WIDTH位寬一致。
• REFIN ：true或false，在進(jìn)行計(jì)算之前，原始數(shù)據(jù)是否翻轉(zhuǎn)，如原始數(shù)據(jù)：0x34 = 0011 0100 ，如果REFIN為true，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)之后為0010 1100 = 0x2c
• REFOUT ：true或false，運(yùn)算完成之后，得到的CRC值是否進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，如計(jì)算得到的CRC值：0x97 = 1001 0111 ，如果REFOUT為true，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)之后為11101001 = 0xE9。
• XOROUT ：計(jì)算結(jié)果與此參數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算后得到最終的CRC值，和WIDTH位寬一致。

通常如果只給了一個(gè)多項(xiàng)式，其他的沒有說明則： **INIT=0x00，REFIN=false，REFOUT=false，XOROUT=0x00** 。

TPS929120的CRC值計(jì)算方式

CRC參數(shù)：

根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，TPS929120選擇的是CRC多項(xiàng)式為 ，初始值為0xFF；所以POLY為0x31，INIT為FF。由于UART的數(shù)據(jù)傳輸是LSB（先傳輸?shù)臀唬?，所?strong>REFIN為True。綜上所述，TPS929120的CRC參數(shù)表為：

NAME = CRC_TPS929120
WIDTH = 8
POLY = 0x31 = 0011 0001(最高位1已經(jīng)省略)
INIT = 0xFF
XOROUT = 0x00
REFIN = TRUE
REFOUT = FALSE

算法圖：

TPS929120數(shù)據(jù)手冊提供了自身CRC校驗(yàn)的算法圖，如下所示：

因?yàn)門PS929120要求第一個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)0x55（用于同步）不參與計(jì)算，所以下面介紹的幾種計(jì)算方式都不會將0x55納入CRC計(jì)算范圍。

計(jì)算方法一：

方法一按照TPS929120提供的算法圖進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算步驟：

結(jié)合TPS929120數(shù)據(jù)手冊提供的算法圖，方法一的計(jì)算步驟如下所示：

1. 將0xFF作為CRC初始值。

2. 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸入字節(jié)的Bit0到來時(shí)，

   2.1 將初始值的Bit7和輸入值的Bit0進(jìn)行異或運(yùn)算，得到的值保留，記作Temp_Bit；

   2.2 將初始值的Bit6代替原本的Bit7；

   2.3 將初始值的Bit5代替原本的Bit6；

   2.4 將初始值的Bit4和Temp_Bit進(jìn)行異或運(yùn)算，使用得到的值代替原本的Bit5；

   2.5 將初始值的Bit3和Temp_Bit進(jìn)行異或運(yùn)算，使用得到的值代替原本的Bit4；

   2.6 將初始值的Bit2代替原本的Bit3；

   2.7 將初始值的Bit1代替原本的Bit2；

   2.8 將初始值的Bit0代替原本的Bit1；

   2.9 使用Temp_Bit代替原本的Bit0；

3. 第一個(gè)輸入字節(jié)的剩余7bit也是同樣的操作，然后得到第一個(gè)輸入字節(jié)的CRC值。

4. 第二個(gè)輸入字節(jié)到來，使用上一次計(jì)算得到的CRC值作為CRC初始值，重復(fù)2，3步驟。

5. 當(dāng)最后一個(gè)輸入字節(jié)計(jì)算完畢之后，就得到了最終的CRC校驗(yàn)值。

實(shí)現(xiàn)代碼為：

• 單個(gè)字節(jié)的CRC值計(jì)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;
}

• 命令幀的CRC值計(jì)算

unsigned int CRC(unsigned int commandFrame_withoutCRC[], unsigned int byteLength)
{
 unsigned int j;
   unsigned int CRCtemp;
   for(j=0; j

計(jì)算方法二：

Github上面有一套成熟的開源CRC算法,如下，

GitHub - whik/crc-lib-c: 基于C語言的CRC校驗(yàn)庫，包括常用的21個(gè)CRC參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)^[1]^

參考其中的 CRC-8/MAXIM ，并根據(jù)TPS929120的CRC參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，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

計(jì)算方法三：

方法三在方法二的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，將CRC的計(jì)算部分（如下圖）提前做成數(shù)組，涵蓋0-255的CRC計(jì)算結(jié)果，然后用到的時(shí)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;
  }
 }

最終的實(shí)現(xiàn)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

驗(yàn)證：

使用一個(gè)數(shù)組{0x55,0x80,0x61,0x00}進(jìn)行驗(yàn)證，其中0x55不參與CRC計(jì)算，以計(jì)算方法一為例，添加打印的mian函數(shù)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;
}

使用在線C語言編譯器（菜鳥教程在線編輯器 (runoob.com) ^[2]^ ）進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果如下圖，為0x74：

使用在線CRC計(jì)算工具進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果也是0x74：

使用TPS929120自帶的Excel形式的CRC計(jì)算工具進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果也是0x74：

其他兩種方式經(jīng)過驗(yàn)證也是一樣的結(jié)果，有興趣的讀者可以使用在線C語言編輯器試一下。