C# ModBus RTU通信协议的数据包校验（CRC16）的实现过程和理解（通俗易懂）

读这篇文章之前先去看看ModBus RTU通信协议！！！

相关链接：

https://blog.csdn.net/huan447882949/article/details/80471105

http://blog.sina.com.cn/s/blog_65ba9a5e0101df1g.html

名词解释：

Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时刻，只有一个主节点连接于总线，一个或多个子节点连接于同一个串行总线。Modbus通信总是由主节点发起。子节点在没有收到来自主节点的请求时，从不会发送数据。

只能主问从答，不能主动上送。

理解这句话：MODBUS实现主机对从设备读取数据包；

可以明白 主机和从机的概念

注意：ION协议和ModBus协议虽然在数据包校验的方式是一样的  但是数据处理逻辑还是有一定的区别。命令格式不一样

一、概念

任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。例如：代码1010111对应的多项式为x6+x4+x2+x+1，而多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码101111。

标准CRC生成多项式如下表：

   名称          生成多项式              简记式*   标准引用

   CRC-4         x4+x+1                  3         ITU G.704

   CRC-8         x8+x5+x4+1              0x31                   

   CRC-8         x8+x2+x1+1              0x07                   

   CRC-8         x8+x6+x4+x3+x2+x1       0x5E

   CRC-12        x12+x11+x3+x+1          80F

   CRC-16        x16+x15+x2+1            8005      IBM SDLC

  CRC16-CCITT  x16+x12+x5+1   1021   ISO HDLC, ITU X.25, V.34/V.41/V.42, PPP-FCS

   CRC-32      x32+x26+x23+...+x2+x+1 04C11DB7 ZIP, RAR, IEEE 802 LAN/FDDI, IEEE 1394, PPP-FCS

   CRC-32c     x32+x28+x27+...+x8+x6+1 1EDC6F41     SCTP

1、CRC校验码计算示例：
现假设选择的CRC生成多项式为G（X） = X4 + X3 + 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将多项式转化为二进制序列，由G（X） = X4 + X3 + 1可知二进制一种有五位，第4位、第三位和第零位分别为1，则序列为11001
②多项式的位数位5，则在数据帧的后面加上5-1位0，数据帧变为101100110000，然后使用模2除法除以除数11001，得到余数。

③将计算出来的CRC校验码添加在原始帧的后面，真正的数据帧为101100110100，再把这个数据帧发送到接收端。
④接收端收到数据帧后，用上面选定的除数，用模2除法除去，验证余数是否为0，如果为0，则说明数据帧没有出错。

---

 

2、例如：信息字段代码为: 1011001，校验字段为：1010。

发送方：发出的传输字段为:  1 0 1 1 0 0 1 1 0 10

                                               信息字段      校验字段

接收方：使用相同的计算方法计算出信息字段的校验码，对比接收到的实际校验码，如果相等及信息正确，不相等则信息错误；或者将接受到的所有信息除多项式，如果能够除尽，则信息正确。

3、常用查表法和计算法。计算方法一般都是：
（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，高八位数据不变；
（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；
（8）、最后得到的CRC寄存器内容即为：CRC码。

C#实现算法代码：

 

  public static ushort CRC16(byte[] bytes)
        {
            ushort value;
            ushort newLoad = 0xffff, In_value;
            int count = 0;
            for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
            {
                value = (ushort)bytes[i];
                newLoad = (ushort)(Convert.ToInt32(value) ^ Convert.ToInt32(newLoad));
                In_value = 0xA001;
                while (count < 8)
                {
                    if (Convert.ToInt32(newLoad) % 2 == 1)//判断最低位是否为1
                    {
                        newLoad -= 0x00001;
                        newLoad = (ushort)(Convert.ToInt32(newLoad) / 2);//右移一位
                        count++;//计数器加一
                        newLoad = (ushort)(Convert.ToInt32(newLoad) ^ Convert.ToInt32(In_value));//异或操作
                    }
                    else
                    {
                        newLoad = (ushort)(Convert.ToInt32(newLoad) / 2);//右移一位
                        count++;//计数器加一
                    }
                }
                count = 0;
            }
            return newLoad;
        }

 

 byte[] Frame = { 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x04 }; 

byte[] Frame2 = { 0x01, 0x03, 0x08, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00, 0x01, 0x00,0x00 };

 

结合CRC :

  /// 

        /// 返回计算后的命令帧
        /// 
        /// 功能码
        /// 开始位置
        /// 数据个数
        /// 地址
        /// 
        private byte[] PackageModebusRTU(int FonctionCode, int StartPostion, int ReadDataNumber, int Address)
        {
            byte[] Bytef = { 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x0a, 0x00, 0x0a };
            Bytef[0] = Convert.ToByte(Address);//设备地址
            Bytef[1] = Convert.ToByte(FonctionCode);//读取数据的功能码

            //处理读取数据的起始位置
            if (StartPostion < 256)//判断是几个字节   0x00,0xFF  FF代表2个16位 即一个字节
            {
                Bytef[2] = 0x00;
                Bytef[3] = Convert.ToByte(StartPostion);
            }
            else // 0xFF 0xFF
            {
                Bytef[2] = Convert.ToByte(StartPostion / 256);
                Bytef[3] = Convert.ToByte(StartPostion - (StartPostion / 256) * 256);
            }
            //处理读取数据的个数
            if (ReadDataNumber < 256)//判断是几个字节   0x00,0xFF   FF代表2个16位 即一个字节
            {
                Bytef[4] = 0x00;
                Bytef[5] = Convert.ToByte(ReadDataNumber);
            }
            else
            {
                Bytef[4] = Convert.ToByte(ReadDataNumber / 256);
                Bytef[5] = Convert.ToByte(ReadDataNumber - (ReadDataNumber / 256) * 256);
            }

            byte[] JiaoYan = new byte[Bytef.Length - 2];//去掉校验码的命令帧
            for (int i = 0; i < JiaoYan.Length; i++)
            {
                JiaoYan[i] = Bytef[i];
            }
            ushort Crc16res = DataVerification.CRC16(JiaoYan);//得到校验码
            byte[] produceCRC = new byte[2];
            produceCRC[0] = (byte)Crc16res;
            produceCRC[1] = (byte)((Convert.ToInt32(Crc16res)) / 256); //将校验码添加进命令帧

            Bytef[6] = produceCRC[0];
            Bytef[7] = produceCRC[1];
            return Bytef;
        }

实现思路：

①：前面讲述的是通过CRC校验获得新的命令帧.

②：像设备发送命令帧获取设备返回来的带有CRC校验码的数据

③：通过返回回来的数据重新计算出校验码

④：将计算出来的校验码和返回来的校验码做比较（比较的方式：验证余数是否为0）