本篇博客主要記載了我對(duì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)過程以及奇偶校驗(yàn)的理解。

1.數(shù)據(jù)校驗(yàn)過程

由于數(shù)據(jù)傳輸距離的因素影響，計(jì)算機(jī)和受控設(shè)備間的通信數(shù)據(jù)就常常出現(xiàn)不可預(yù)知的錯(cuò)誤。為了防止這些錯(cuò)誤所帶來的影響，一般在通信時(shí)采取數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法，而奇偶校驗(yàn)和循環(huán)冗余碼校驗(yàn)就是其中最常用的校驗(yàn)算法。串行數(shù)據(jù)在傳輸過程中，由于干擾可能引起信息的錯(cuò)誤，出現(xiàn)“誤碼”。我們把如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤，叫“檢碼”；發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，如何進(jìn)行修訂，叫“檢錯(cuò)”。 之前，就有過提示，為了保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)出錯(cuò)，每個(gè)數(shù)據(jù)包后面一般都會(huì)加上校驗(yàn)字節(jié)。

校驗(yàn)過程是發(fā)送端（TX端）和接收端（RX端）共同完成的過程。如上圖所示，首先，TX端按照用戶層協(xié)議（數(shù)據(jù)包格式）將數(shù)據(jù)根據(jù)校驗(yàn)算法計(jì)算出TX校驗(yàn)字節(jié)，并將TX校驗(yàn)字節(jié)按照協(xié)議放在數(shù)據(jù)包的指定位置。RX端接收到數(shù)據(jù)包后，在指定位置取出TX校驗(yàn)字節(jié)，同時(shí)，再將接收到的數(shù)據(jù)按規(guī)定方式計(jì)算出RX校驗(yàn)字節(jié)，如果RX校驗(yàn)字節(jié)與接收到的TX校驗(yàn)字節(jié)相等，則說明數(shù)據(jù)包是有效的，否則就應(yīng)該放棄該數(shù)據(jù)包。

2.簡單粗暴地奇偶校驗(yàn)

最簡單粗暴的方法就是“奇偶校驗(yàn)”了，即在傳輸字符的各位之外，再傳送一位奇/偶校驗(yàn)位。可采用的策略分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)。

2.1 奇校驗(yàn)

所有傳送的位數(shù)（含字符的個(gè)數(shù)位和校驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，如1 0110,0101；0 0110,0001

2.2 偶校驗(yàn)

所有傳送的位數(shù)（含字符的各位數(shù)和檢驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，如1 0100,0101；0 0100,0001 奇偶校驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)出信息傳輸過程中的部分錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)（一位錯(cuò)誤的代碼能夠檢出，兩位及以上的錯(cuò)誤代碼不能檢出）。奇偶檢驗(yàn)有一個(gè)劣勢(shì)，就是他只能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而不能糾正錯(cuò)誤；一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，那么沒辦法，只能重發(fā)。但是由于奇偶校驗(yàn)使用起來非常簡單，仍然被廣泛使用。但是仍存在一些良好的矯正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的方法，并具有自動(dòng)訆錯(cuò)能力，如循環(huán)冗余碼（CRC）檢錯(cuò)等。

3.異或校驗(yàn)

異或校驗(yàn)方法也是非常簡單，而且非常通用，雖然使用該方法校驗(yàn)后仍存在出錯(cuò)的可能，但是因?yàn)楫惢蛩惴ǚ浅：唵?#xff0c;編程毫不費(fèi)力，一般新手都用這種方法。 之前介紹過的NMEA-0183無線通信協(xié)議是在異或算法基礎(chǔ)之上進(jìn)行了一定的改進(jìn)。能夠理解異或運(yùn)算，并使用好異或校驗(yàn)算法，會(huì)使得數(shù)據(jù)處理編程變得輕松容易。

4.CRC循環(huán)冗余碼校驗(yàn)

循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（Cyclical Redundancy Check, CRC）是利用除法和余數(shù)的原理來做錯(cuò)誤偵測(cè)（Error Detecting）的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)送裝置計(jì)算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收裝置RX，RX對(duì)收到的數(shù)據(jù)重新計(jì)算CR并與收到的CRC值相比較，若兩個(gè)CRC值不同，則說明數(shù)據(jù)通信出現(xiàn)了錯(cuò)誤，該數(shù)據(jù)包應(yīng)該舍棄不用。 在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通訊中，為確保高效而無差錯(cuò)的傳送數(shù)據(jù)，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)控制，而CRC是對(duì)一個(gè)傳送數(shù)據(jù)塊進(jìn)行校驗(yàn)，是一種非常高效的差錯(cuò)控制方法。目前，主流的CRC可以分為以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：CRC-12碼；CRC-16碼；CRC-CCITT碼；CRC-32碼。 CRC-12碼通常用來傳送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT碼則用來傳送8-bit字符，其中CRC-16為美國采用，而CRC-CCITT為歐洲國家所采用。CRC-32碼用途有限。 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，CRC無處不在：著名的通信協(xié)議X.25的FCS（幀檢錯(cuò)序列）采用的是CRC/CCITT，ARJ/LHA等壓縮工具軟件采用的是CRC32，磁盤驅(qū)動(dòng)器讀寫采用的日式CRC16，通常用到的圖像存儲(chǔ)格式GIF/TIFF等也是采用CRC作為檢錯(cuò)手段的。

4.1 CRC-16的生成過程

CRC-16碼由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，在開始時(shí)CRC寄存器的每一位都預(yù)置為1，然后把CRC寄存器與8-bit的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或，之后對(duì)CRC寄存器從高位向低位進(jìn)行移位，在最高位（MSB）的位置補(bǔ)零，而最低位（LSB，移位后已經(jīng)被移除CRC寄存器）如果是1，則把寄存器與預(yù)定義的多項(xiàng)式碼進(jìn)行異或，否則如果LSB為零，就無需進(jìn)行進(jìn)行異或。重復(fù)上述的由高至低的移位8次，第一個(gè)8-bit數(shù)據(jù)處理完畢，用此時(shí)CRC寄存器的值與下一個(gè)8-bit數(shù)據(jù)異或并進(jìn)行如前一個(gè)8-bit數(shù)據(jù)似的8次移位。所有的字符處理完成后CRC寄存器的值即為最終的CRC值。 下面為CRC的計(jì)算過程： (1)設(shè)置CRC寄存器，并給其賦值FFFF(hex)； (2)將數(shù)據(jù)的第一個(gè)8-bit字符與16位CRC寄存器的低8位進(jìn)行異或，并把結(jié)果存入CRC寄存器； (3)CRC寄存器向右移一位，MSB補(bǔ)零，移出并檢查LSB； (4)如果LSB為0，重復(fù)第三步；若LSB為1，CRC寄存器與多項(xiàng)式碼相異或； (5)重復(fù)第3與第4步直到8次移位全部完成。此時(shí)，一個(gè)8-bit數(shù)據(jù)處理完畢； (6)重復(fù)第2至第5步直到所有數(shù)據(jù)全部處理完成； (7)最終CRC寄存器的內(nèi)容即為CRC值。

4.2 如何理解CRC碼？

CRC校驗(yàn)是一種多項(xiàng)式除法：將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包當(dāng)做一個(gè)很大的二進(jìn)制數(shù)，用它來除以一個(gè)固定的二進(jìn)制數(shù)，所得到的余數(shù)即是所求得的CRC校驗(yàn)碼。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的我也聊聊串口通信协议：数据包校验与常用校验算法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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