Modbus协议中的CRC16校验原理与实现

Modbus协议中的CRC16校验原理与实现

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/2301_76337507/article/details/142053871

Modbus协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，其中CRC16校验是确保数据传输可靠性的重要机制。本文将详细介绍Modbus协议的基础知识、CRC16校验的计算原理，并通过代码实现和手算演算过程，帮助读者深入理解这一技术。

1. Modbus基础

Modbus是一种串行通信协议，最初由Modicon（目前属于施耐德电气公司）于1979年开发。Modbus协议是应用在Modicon产品上的，后来才被移植到其他产品上。Modbus协议的通信接口可以有多种选择，如RS232、RS485、以太网等。

特点：

• 支持主从方式，即主站、从站。
• Modbus协议主要分为两种格式，即Modbus RTU和Modbus ASCII,Modbus RTU使用二进制格式传输数据，而Modbus ASCII则将数据以ASCII码形式进行传输。
• 此外，Modbus还可以通过TCP/IP协议进行网络通信，称为Modbus TCP/IP。

格式：

1. 起始地址（也就是常说的站号）
2. 功能码 （01，03，06，10，16等等）
3. 数据内容
4. 校验码（CRC16校验）

2. 校验原理

2.1 CRC计算方法

1. 预置1个16位的寄存器为十六进制FFFF(即全为1);称此寄存器为CRC寄存器;
2. 把第一个8位二进制数据(既通讯信息帧的第一个字节)与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器;
3. 把CRC寄存器的内容右移一位(朝低位)用0填补最高位，并检查右移后的移出位;
4. 如果移出位为0:重复第3步(再次右移一位);如果移出位为1:CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或;
5. 重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理;
6. 重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理;
7. 将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换。

2.2 校验C语言代码

uint16_t CRC_Check(uint8_t *CRC_Ptr,uint8_t LEN)
{
    uint16_t CRC_Value = 0;
    uint8_t  i         = 0;
    uint8_t  j         = 0;
    CRC_Value = 0xffff;
    for(i=0;i<LEN;i++)  //LEN为数组长度
    {
        CRC_Value ^= *(CRC_Ptr+i);
        for(j=0;j<8;j++)
        {
            if(CRC_Value & 0x00001)
                CRC_Value = (CRC_Value >> 1) ^ 0xA001;
            else
                CRC_Value = (CRC_Value >> 1);
        }
    }
    CRC_Value = ((CRC_Value >> 8) +  (CRC_Value << 8)); //交换高低字节
    return CRC_Value;
}

2.3 手算校验

我们以这个数据包为例，来分析一下校验过程：
Tx:000002-01 03 00 00 00 0A C5 CD
01 起始地址 03功能码 C5 CD 校验码

0x01与0xffff相异或，进行第一轮右移8次运算，得到0x807e；
继续下一轮0x03与0x807e相异或，进行第二轮右移8次运算；
直至0x0A轮次完成，得到最终的crc计算结果C5CD。

2.4 Modbus测试程序

#include <stdio.h>
int main(void)
{
    // Tx:000000-01 03 00 00 00 0A C5 CD
    unsigned short tmp = 0xffff;
    unsigned short val = 0;
    unsigned char buff[6] = {0};
    buff[0] = 0x01;
    buff[1] = 0x03;
    buff[2] = 0x00;
    buff[3] = 0x00;
    buff[4] = 0x00;
    buff[5] = 0x0A;
   for(int n = 0; n < 6; n++)
  {
    tmp = buff[n] ^ tmp;
    printf("异或数据为：%x\n",tmp);
    for(int i = 0;i < 8;i++){  /*此处的8 -- 指每一个char类型又8bit，每bit都要处理*/
       
        printf("遍历层数为：%d\t\t最后一位的数为:%d",i*n, tmp & 0x01);
        printf("\t当前tmp为:%x\n",tmp );
        if(tmp & 0x01){
            
            tmp = tmp >> 1;
            tmp = tmp ^ 0xa001;
        }   
        else{
            tmp = tmp >> 1;
        }   
    }   
    printf("第%d个数据通过crc16校验后为 %x\n",n,tmp);
}  
/*将CRC校验的高低位对换位置*/
val = tmp >> 8;
val = val | (tmp << 8); 
printf("交换后为: %X\n",val);
return 0;
}

3. 补充说明

异或（XOR）

相异或（XOR，Exclusive OR）是一种逻辑运算，它的基本原则是：当两个比较的位不同时，结果是1（真）；当两个比较的位相同时，结果是0（假）。这种运算通常用于计算机科学和数字电子学中。

在这里的“A”和“B”是两个比较的位，而“A XOR B”是相异或运算的结果。二进制运算中，相异或的规则可以用下面的真值表来表示：

A   B   A XOR B
0   0   0
0   1   1
1   0   1
1   1   0

相与（AND）

相与运算，通常称为“逻辑与”（Logical AND），是一种基本的逻辑运算。在逻辑与运算中，只有当两个（或多个）输入条件都为真（1）时，输出结果才为真（1）；如果任何一个输入条件为假（0），输出结果就为假（0）。

这里的“A”和“B”是两个输入位，而“A AND B”是逻辑与运算的结果。逻辑与运算的真值表如下所示：

A   B  A AND B
0   0    0
0   1    0
1   0    0
1   1    1