【Linux】详解CRC校验



1. CRC校验概念

     CRC即循环冗余校验码：是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

2.CRC校验原理

     CRC校验原理看起来比较复杂，好难懂，因为大多数书上基本上是以二进制的多项式形式来说明的。其实很简单的问题，其根本思想就是先在要发送的帧后面附加一个数（这个就是用来校验的校验码，它是二进制序列），从而生成一个新帧发送给接收端。当然，这个附加的数不是随意的，它要使所生成的新帧能与发送端和接收端共同选定的某个特定数整除（注意，这里不是直接采用二进制除法，而是采用一种称之为“模2除法”）。到达接收端后，再把接收到的新帧除以（同样采用“模2除法”）这个选定的除数。因为之前在发送端发送数据帧时就已通过附加一个数（校验码），做了“去余”处理（也就已经能整除了），所以结果应该是没有余数。如果有余数，则表明该帧在传输过程中出现了差错。

【关于模2除法的说明】

模2除法与算术除法类似，但其对每一位除的结果不会影响其他位，相当于二进制中的逻辑异或运算。当也就是比较后，两者对应位相同则结果为“0”，不同则结果为“1”。如图所示。当余数位数与除数的位数相同时，商为1，并进行异或运算；当余数的位数与除数位数不相同时，进行补位，补位的位置商为0，还不相同继续补位，商为0，直至相同时，就进行商1，还有异或运算。如此反复。

3. CRC校验的步骤

  （1）先选择一个用于在接收端进行校验时，对接收的帧进行除法运算的除数（是二进制比较特串，通常是以多项方式表示，所以CRC又称多项式编码方法，这个多项式也称之为“生成多项式”）。

  （2）看所选定的除数二进制位数（假设为k位），然后在要发送的数据帧（假设为m位）后面加上k-1位“0”，然后以这个加了k-1个“0“的新帧（一共是m+k-1位）以“模2除法”方式除以上面这个除数，所得到的余数（也是二进制的比特串）就是该帧的CRC校验码，也称之为FCS（帧校验序列）。但要注意的是，余数的位数一定要是比除数位数只能少一位，哪怕前面位是0，甚至是全为0（附带好整除时）也都不能省略。

  （3）再把这个校验码附加在原数据帧（就是m位的帧，注意不是在后面形成的m+k-1位的帧）后面，构建一个新帧发送到接收端；最后在接收端再把这个新帧以“模2除法”方式除以前面选择的除数，如果没有余数，则表明该帧在传输过程中没出错，否则出现了差错。

  通过以上介绍，大家一定可以理解CRC校验的原理，并且不再认为很复杂吧。

4.  CRC校验码的计算示例

  CRC校验的关键是如何求出余数，也就是CRC校验码。

  以一个例子来具体说明整个过程。现假设选择的CRC生成多项式为G（X） = X^4 + X^3 + 1，要求出二进制序列10110011的CRC校验码。下面是具体的计算过程：

  （1）首先把生成多项式转换成二进制数，由G（X） = X^4 + X^3 + 1可以知道（它一共是5位（总位数等于最高位的幂次加1，即4+1=5），然后根据多项式各项的含义（多项式只列出二进制值为1的位，也就是这个二进制的第4位、第3位、第0位的二进制均为1，其它位均为0）很快就可得到它的二进制比特串为11001。

  （2）因为生成多项式的位数为5，根据前面的介绍，得知CRC校验码的位数为4（校验码的位数比生成多项式的位数少1）。因为原数据帧10110011，在它后面再加4个0，得到101100110000，然后把这个数以“模2除法”方式除以生成多项式11001，得到的余数（即CRC校验码）为0100，如图。

 

  （3）把上步计算得到的CRC校验0100替换原始帧101100110000后面的四个“0”，得到新帧101100110100。再把这个新帧发送到接收端。

  （4）当以上新帧到达接收端后，接收端会把这个新帧再用上面选定的除数11001以“模2除法”方式去除，验证余数是否为0，如果为0，则证明该帧数据在传输过程中没有出现差错，否则出现了差错。