C语言标准CRC-32校验函数

C语言标准CRC-32校验函数

CRC-32校验产生4个字节长度的数据校验码，通过计算得到的校验码和获得的校验码比较，用于验证获得的数据的正确性。获得的校验码是随数据绑定获得。

CRC校验原理及标准CRC-8校验函数可参考：C语言标准CRC-8校验函数。这里介绍CRC-32的64位计算方式和简化的32位计算方式。

设计原理

设计原理仍然基于无符号64位整型为一个计算单元，当超过64位时，将前一个单元的计算余数，与后面的输入数据重新组成64位数据，再进行模二除法，以此类推，得到最后的CRC-32校验值（余数）。设计按照CRC计算基本原理来实现，以契合理解对照。

CRC-32校验函数

这里的校验码采用标准校验码x^32 + x^26 + x^23 + x^22 + x^16 + x^12 + x^11 + x^10 + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x + 1，对于其它类型的CRC-32校验码或有输入数据前处理或输出数据后处理的情况，相应的做代码简单调整即可。CRC-32校验函数如下：

#include 
#include 
uint32_t PY_CRC_32(uint8_t *di, uint32_t len)
{
    uint64_t crc_poly = 0x104C11DB7;  //X^32+X^26+X^23+X^22+X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X^1+1 total 33 effective bits. Computed total data shall be compensated 32-bit '0' before CRC computing.

	uint8_t *datain;
	uint64_t cdata = 0; //Computed total data
    uint64_t data_t = 0; //Process data of CRC computing

	uint16_t index_t = 63;  ///bit shifting index for initial '1' searching
	uint16_t index = 63;    //bit shifting index for CRC computing
	uint8_t rec = 0; //bit number needed to be compensated for next CRC computing


    uint32_t cn=(len+4)/4;
    uint32_t cr=(len+4)%4;

	uint32_t j;

	datain = malloc(len+4);
	for(j=0;j<len;j++)
	{
		datain[j]=di[j];
	}
        datain[len]=0; datain[len+1]=0; datain[len+2]=0; datain[len+3]=0;//Compensate 32-bit '0' for input data

    if(len<=4)   //Mount data for only one segment
     {
    	 for(j=0;j<=(len+3);j++)
    	 {
    		 cdata = (cdata<<8);
    		 cdata = cdata|datain[j];
    	 }
    	 cn = 1;
     }
    else
     {
    	 if(cr==0)
    	 {
    		 cr = 8;
             cn--;
    	 }
         else if(cr==1)
         {
             cr = 5;
         }
         else if(cr==2)
         {
             cr = 6;
         }
         else if(cr==3)
         {
             cr = 7;
         }
         else;

    	 for(j=0;j<cr;j++)
    	 {
    		 cdata = (cdata<<8);
    		 cdata = cdata|datain[j];
    	 }
     }

     do
     {
 		cn--;

 		while(index_t>0)
 		{
 			if( (cdata>>index_t)&1 )
 			{
 				index = index_t;
 				index_t = 0;

 				data_t |= (cdata>>(index-32));
 				{
 					data_t = data_t ^ crc_poly;
 				}

 	            while((index!=0x5555)&&(index!=0xaaaa))
 	            {

	 	    		for(uint8_t n=1;n<33;n++)
	 	    		{
	 	    			if ((data_t>>(32-n))&1) {rec = n;break;}
	 	    			if (n==32) rec=33;
	 	    		}

 	    			if((index-32)<rec)
 	    			{
 	    				data_t = data_t<<(index-32);
 	    				data_t |=  (uint64_t)((cdata<<(64-(index-32)))>>(64-(index-32)));
 	    				index = 0x5555;
 	    			}
 	    			else
 	    			{
 	        			for(uint8_t i=1;i<=rec;i++)
 	        			{
 	        				data_t = (data_t<<1)|((cdata>>(index-32-i))&1) ;
 	        			}

 	        			if(rec!= 33)
 	        			{
 	        				data_t = data_t ^ crc_poly;
 	        				index -= rec;
 	        			}
 	        			else
 	        			{
 	        				data_t = 0;
 	        				index_t = index-32-1;
 	        				index = 0xaaaa;

 	        			}

 	    			}

 	            }
 				if(index==0x5555) break;
 			}
 			else
 			{
 				index_t--;
 				if(index_t<32) break;
 			}
         }

 		if(cn>0) //next segment
 		{
  			cdata = data_t&0x00ffffffff;

 			for(uint8_t k=0;k<4;k++)
 			{
 	    		 cdata = (cdata<<8);
 	    		 cdata = cdata|datain[j++];

 			}

 	    	data_t = 0;
 	 		index_t = 63;  ///bit shifting index for initial '1' searching
 	 		index = 63;    //bit shifting index for CRC computing
 	 		rec = 0; //bit number needed to be compensated for next CRC computing
 		}

     }
     while(cn>0);

     free(datain);
     return (uint32_t)data_t;
}

CRC-32校验函数32位计算方式优化

在理解了和CRC32校验原理完全一致的代码实现后，不采用64位计算方式，则可以简化代码为32位计算方式，可得到相同的校验值结果：

#include 
#include 
uint32_t PY_CRC_32_S(uint8_t *di, uint32_t len)
{
    uint32_t crc_poly = 0x04C11DB7;  //X^32+X^26+X^23+X^22+X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X^1+1 total 32 effective bits without X^32. Computed total data shall be compensated 32-bit '0' before CRC computing.

	uint32_t clen = len+4;
	uint8_t cdata[clen] ;
	memcpy(cdata, di, len); cdata[len]=0; cdata[len+1]=0; cdata[len+2]=0; cdata[len+3]=0;
	uint32_t data_t =  (((uint32_t)cdata[0]) << 24) +  (((uint32_t)cdata[1]) << 16) + (((uint32_t)cdata[2]) << 8) + cdata[3]; //CRC register

    for (uint32_t i = 4; i < clen; i++)
    {
        for (uint8_t j = 0; j <= 7; j++)
        {
            if(data_t&0x80000000)
            	data_t = ( (data_t<<1) | ( (cdata[i]>>(7-j))&0x01) ) ^ crc_poly;
            else
            	data_t = ( (data_t<<1) | ( (cdata[i]>>(7-j))&0x01) ) ;
        }
    }
    return data_t;
}

CRC-32校验函数查表原理优化

CRC查表原理通过输入数据分段计算（CRC-32可按四字节/单字节分段）原理实现校验码的计算，查表法有如下特点：

1. 当前输入数据段值异或当前的查表值，得到当前的CRC计算余数
2. 当前查表值由前一计算余数与校验码按CRC校验过程计算得到，并保存为对应前一计算余数对应的表位值。
3. 当前查表值的计算不受当前输入字段值影响，所以当前输入字段值为0且为最后字段时，当前查表值异或当前输入字段值不变，此时当前查表值即为CRC校验值结果。
4. 由第2和3条可知，第2条在CRC校验过程计算时，移位补位时补0即可，也就不需要当前字段值进入移位补位过程。

CRC-32校验32位数据格式函数优化为如下代码，注意输入数据为32位数组：

uint32_t PY_CRC_32_T32(uint32_t *di, uint32_t len)
{
	uint32_t crc_poly = 0x04C11DB7;  //X^32+X^26+X^23+X^22+X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X^1+1 total 32 effective bits without X^32.
	uint32_t data_t = 0; //CRC register

    for(uint32_t i = 0; i < len; i++)
    {
    	data_t ^= di[i]; //32-bit data

        for (uint8_t j = 0; j < 32; j++)
        {
            if (data_t & 0x80000000)
            	data_t = (data_t << 1) ^ crc_poly;
            else
            	data_t <<= 1;
        }
    }
    return (data_t);
}

CRC-32校验8位数据格式函数优化为如下代码，输入数据为8位数组：

uint32_t PY_CRC_32_T8(uint8_t *di, uint32_t len)
{
	uint32_t crc_poly = 0x04C11DB7;  //X^32+X^26+X^23+X^22+X^16+X^12+X^11+X^10+X^8+X^7+X^5+X^4+X^2+X^1+1 total 32 effective bits without X^32. 
	uint32_t data_t = 0; //CRC register

    for(uint32_t i = 0; i < len; i++)
    {
    	data_t ^= di[i]<<24; //8-bit data

        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (data_t & 0x80000000)
            	data_t = (data_t << 1) ^ crc_poly;
            else
            	data_t <<= 1;
        }
    }
    return (data_t);
}

查表法对应输入数据分段为四字节时，采用如上几种方式任何一种，对四字节0~4294967295的输入数分别进行CRC-32校验，得到的各个校验值，也就得到查表法对应每个输入数值的查表值。因为这种表数据量太大不会被实际用。
查表法对应输入数据分段为单字节时，采用如上几种方式任何一种，对单字节0~255的输入数分别进行CRC-32校验，得到的各个校验值，也就得到查表法对应每个输入数值的查表值。

CRC-32校验注意事项

实际应用中，由于输入数据前处理和输出数据后处理的不同，产生了不同的CRC应用标准，其中一些是一些知名厂家为自己的产品定义CRC校验函数。这些处理特性包括CRC寄存器初始值设置，数据字节位反转，数据字节高位还是低位优先进入计算，输出的整个数据是否按位反转，输出数据是否和一个数异或等。常见的一些CRC-32校验特性：

另外，ST公司STM32芯片硬件CRC32计算过程特性也和上述两种计算过程特性存在差别，所以计算结果。而这几种因为都有前处理和后处理过程特性，所以也和上面介绍的原理级定义的CRC32校验函数（无前后处理）计算出来的值不同。

CRC-32常用(事实标准)校验函数

CRC-32常用(事实标准)检验函数针对能够从硬件上进行比特流实时计算而设计，即每个数据的一位进来后马上就能进行CRC-32，而不必收全数据再计算。因此对应的软件CRC-32存在一些特点：

1. 初始值预设为0xFFFFFFFF
   2.针对数据字节的低位先传输场景，因此数据字节的低位是高优先处理的
2. 按照字节分段进行CRC-32计算，字节放在寄存器的低字节，因此字节最低位在左高由低的最右边一位，在进行CRC计算过程时，要从最低位/最右侧位置开始判断，移位时向右移出。因为校验码高冥端也要相应对齐，所以检验码也就要做倒位序，如0x04C11DB7（0000 0100 1100 0001 0001 1101 1011 0111）倒序为了0xEDB88320（1110 1101 1011 1000 1000 0011 0010 0000）
3. 输出异或0xFFFFFFFF

CRC-32常用(事实标准)校验函数为反向算法（反向算法是从由右向左计算，也即计算过程中移位时，向右移出。）：

uint32_t PY_CRC_32_M(uint8_t *di, uint32_t len)
{
    uint32_t crc_poly = 0xEDB88320;  //Inversion bit sequence of 0x04C11DB7
	uint32_t data_t = 0xFFFFFFFF; //initial value

	for(uint32_t i=0; i<len; i++)
	{
		data_t ^=  di[i];
        for (int8_t j = 8; j > 0; --j)
        {
        	data_t = (data_t >> 1) ^ ((data_t & 1)? crc_poly: 0);
        }
	}
	return data_t ^ 0xFFFFFFFF;
}

对"CRC32”的计算结果为：

通过网上工具验证：

–End–