TPS929120的CRC校验的三种实现方法

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

这一章节主要介绍CRC概念和参数模型（来源于网络）

CRC概念

CRC（Cyclic Redundancy Checksum）是一种纠错威廉希尔官方网站 ，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。