開發(fā)環(huán)境：

MDK：Keil 5.30

開發(fā)板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 CRC的校驗(yàn)原理

__循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)計(jì)算單元是根據(jù)固定的生成多項(xiàng)式得到任一32位全字的CRC計(jì)算結(jié)果。__在其他的應(yīng)用中， CRC技術(shù)主要應(yīng)用于核實(shí)數(shù)據(jù)傳輸或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的正確性和完整性。標(biāo)準(zhǔn)EN/IEC 60335-1即提供了一種核實(shí)閃存存儲(chǔ)器完整性的方法。 CRC計(jì)算單元可以在程序運(yùn)行時(shí)計(jì)算出軟件的標(biāo)識(shí)，之后與在連接時(shí)生成的參考標(biāo)識(shí)比較，然后存放在指定的存儲(chǔ)器空間。那么首先來看看CRC校驗(yàn)原理。

1.1基本原理

CRC檢驗(yàn)原理實(shí)際上就是在一個(gè)p位二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列之后附加一個(gè)r位二進(jìn)制檢驗(yàn)碼(序列)，從而構(gòu)成一個(gè)總長為n＝p＋r位的二進(jìn)制序列；附加在數(shù)據(jù)序列之后的這個(gè)檢驗(yàn)碼與數(shù)據(jù)序列的內(nèi)容之間存在著某種特定的關(guān)系。如果因干擾等原因使數(shù)據(jù)序列中的某一位或某些位發(fā)生錯(cuò)誤，這種特定關(guān)系就會(huì)被破壞。因此，通過檢查這一關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)正確性的檢驗(yàn)。

• 幾個(gè)基本概念

1、幀檢驗(yàn)序列FCS（Frame Check Sequence）：為了進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)而添加的冗余碼。

2、多項(xiàng)式模2運(yùn)行：實(shí)際上是按位異或(Exclusive OR)運(yùn)算，即相同為0，相異為1，也就是不考慮進(jìn)位、借位的二進(jìn)制加減運(yùn)算。如：10011011 + 11001010 = 01010001。

3、生成多項(xiàng)式（generator polynomial）：當(dāng)進(jìn)行CRC檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)送方與接收方需要事先約定一個(gè)除數(shù)，即生成多項(xiàng)式，一般記作G（x）。生成多項(xiàng)式的最高位與最低位必須是1。常用的CRC碼的生成多項(xiàng)式有：

每一個(gè)生成多項(xiàng)式都可以與一個(gè)代碼相對應(yīng)，如CRC8對應(yīng)代碼：100110001。

1.2 CRC檢驗(yàn)碼的計(jì)算

設(shè)信息字段為K位，校驗(yàn)字段為R位，則碼字長度為N(N=K+R)。設(shè)雙方事先約定了一個(gè)R次多項(xiàng)式g(x)，則CRC碼：

V(x)=A(x)g(x)=xRm(x)+r(x)

其中: m(x)為K次信息多項(xiàng)式， r(x)為R-1次校驗(yàn)多項(xiàng)式。

這里r(x)對應(yīng)的代碼即為冗余碼，加在原信息字段后即形成CRC碼。

r(x)的計(jì)算方法為：在K位信息字段的后面添加R個(gè)0，再除以g(x)對應(yīng)的代碼序列，得到的余數(shù)即為r(x)對應(yīng)的代碼(應(yīng)為R－1位；若不足，而在高位補(bǔ)0)。

計(jì)算示例：

設(shè)需要發(fā)送的信息為M = 1010001101，產(chǎn)生多項(xiàng)式對應(yīng)的代碼為P = 110101，R＝5。在M后加5個(gè)0，然后對P做模2除法運(yùn)算，得余數(shù)r(x)對應(yīng)的代碼：01110。故實(shí)際需要發(fā)送的數(shù)據(jù)是101000110101110。

1.3 錯(cuò)誤檢測

當(dāng)接收方收到數(shù)據(jù)后，用收到的數(shù)據(jù)對P（事先約定的）進(jìn)行模2除法，若余數(shù)為0，則認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸無差錯(cuò)；若余數(shù)不為0，則認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)了錯(cuò)誤，由于不知道錯(cuò)誤發(fā)生在什么地方，因而不能進(jìn)行自動(dòng)糾正，一般的做法是丟棄接收的數(shù)據(jù)。

【注】幾點(diǎn)說明：

1、CRC是一種常用的檢錯(cuò)碼，并不能用于自動(dòng)糾錯(cuò)。

2、只要經(jīng)過嚴(yán)格的挑選，并使用位數(shù)足夠多的除數(shù) P，那么出現(xiàn)檢測不到的差錯(cuò)的概率就很小很小。

3、僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測技術(shù)只能做到無差錯(cuò)接受（只是非常近似的認(rèn)為是無差錯(cuò)的），并不能保證可靠傳輸。

2 GD32中的CRC

所有的GD32芯片都內(nèi)置了一個(gè)硬件的CRC計(jì)算模塊，可以很方便地應(yīng)用到需要進(jìn)行通信的程序中，這個(gè)CRC計(jì)算模塊使用常見的、在以太網(wǎng)中使用的計(jì)算多項(xiàng)式：

寫成16進(jìn)制就是：0x04C11DB7

使用這個(gè)內(nèi)置CRC模塊的方法非常簡單，既首先復(fù)位CRC模塊(設(shè)置CRC_CR=0x01)，這個(gè)操作把CRC計(jì)算的余數(shù)初始化為0xFFFFFFFF；然后把要計(jì)算的數(shù)據(jù)按每32位分割為一組數(shù)據(jù)字，并逐個(gè)地把這組數(shù)據(jù)字寫入CRC_DR寄存器(既下圖中的綠色框)，寫完所有的數(shù)據(jù)字后，就可以從CRC_DR寄存器(既下圖中的蘭色框)讀出計(jì)算的結(jié)果。

下面是用C語言描述的這個(gè)計(jì)算模塊的算法，大家可以把它放在通信的另一端，對通信的正確性進(jìn)行驗(yàn)證：

DWORD dwPolynomial = 0x04c11db7;
DWORD cal_crc(DWORD *ptr, int len)
{
    DWORD    xbit;
    DWORD    data;
    DWORD    CRC = 0xFFFFFFFF;    // init
    while (len--) {
        xbit = 1 << 31;

        data = *ptr++;
        for (int bits = 0; bits < 32; bits++) {
            if (CRC & 0x80000000) {
                CRC <<= 1;
                CRC ^= dwPolynomial;
            }
            else
                CRC <<= 1;
            if (data & xbit)
                CRC ^= dwPolynomial;

            xbit >>= 1;
        }
    }
    return CRC;
}

有幾點(diǎn)需要說明：

1）上述算法中變量CRC，在每次循環(huán)結(jié)束包含了計(jì)算的余數(shù)，它始終是向左移位(既從最低位向最高位移動(dòng))，溢出的數(shù)據(jù)位被丟棄。

2）輸入的數(shù)據(jù)始終是以32位為單位，如果原始數(shù)據(jù)少于32位，需要在低位補(bǔ)0，當(dāng)然也可以高位補(bǔ)0。

3）假定輸入的DWORD數(shù)組中每個(gè)分量是按小端存儲(chǔ)。

4）輸入數(shù)據(jù)是按照最高位最先計(jì)算，最低位最后計(jì)算的順序進(jìn)行。

例如：

如果輸入0x44434241，內(nèi)存中按字節(jié)存放的順序是：0x41, 0x42, 0x43, 0x44。計(jì)算的結(jié)果是：0xCF534AE1

如果輸入0x41424344，內(nèi)存中按字節(jié)存放的順序是：0x44, 0x43, 0x42, 0x41。計(jì)算的結(jié)果是：0xABCF9A63

3 CRC寄存器描述

• 數(shù)據(jù)寄存器(CRC_DRTA)

CRC_DATA用于接收待計(jì)算的新數(shù)據(jù)，直接將其寫入即可。剛寫入的數(shù)據(jù)不能被讀出來，因?yàn)樽x取該寄存器得到的是上次CRC計(jì)算的結(jié)果。

• 獨(dú)立數(shù)據(jù)寄存器(CRC_FDATA)

注：此寄存器不參與CRC計(jì)算，可以存放任何數(shù)據(jù)。

• 控制寄存器(CRC_CTL)

CRC_CTL用來復(fù)位CRC_DATA寄存器，設(shè)置其值為0xFFFFFFFF，然后該位被硬件自動(dòng)清零。該位對CRC_FDATA寄存器沒有影響。

4 CRC具體代碼實(shí)現(xiàn)

代碼很簡單。

brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    //systick init
    sysTick_init();

    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1, 115200, 0, 1);

    printf("CRC Test \\n");

    /* Enable CRC clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_CRC);

    /* Compute the CRC of "DataBuffer" */
    CRCValue = crc_block_data_calculate((uint32_t *)DataBuffer, BUFFER_SIZE);

    printf("\\r\\n32-bit CRC check code : 0x%X\\n", CRCValue);

    while(1)
    {
        delay_ms(1000);
    }
}

就使用了crc_block_data_calculate()函數(shù)，傳入一個(gè)要計(jì)算的數(shù)據(jù)和大小，就得到了計(jì)算的CRC值。

5 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將編譯好的程序下載到板子中，通過串口助手可以看到如下現(xiàn)象。

然后使用CRC計(jì)算工具來計(jì)算。

可以看到和軟件計(jì)算的一致。

值得注意的是，STM32的硬件CRC的結(jié)果異或值是0x00000000。

【注】關(guān)于CRC的更多內(nèi)容可以自行查閱相關(guān)資料，筆者這里推薦一篇文章A PAINLESS GUIDE TO CRC ERROR DETECTION ALGORITHMS，感興趣的朋友自己去看看吧。