CRC校验(循环冗余校验码)

时间:2024-03-16 22:53:32

一、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。

二、工作原理:

循环冗余校验码(CRC)的基本原理是:在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码也叫(N,K)码。对于一个给定的(N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。

校验码的具体生成过程为:假设要发送的信息用多项式C(X)表示,将C(x)左移R位(可表示成 C(x) * 2R),这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。用 C(x)*2R 除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。(2R是指2的R次方)

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

其整个编码如下图:
CRC校验(循环冗余校验码)

三、基本概念

1. 多项式与二进制之间的关系

多项式和二进制数有直接对应关系:X的最高幂次对应二进制数的最高位,以下各位对应多项式的各幂次,有此幂次项对应1,无此幂次项对应0。可以看出:X的最高幂次为R,转换成对应的二进制数有R+1位。如果一个多项式为G(X)=X4+X3+X+1,则可转换二进制数码为11011。 如果二进制数码为101111,则转换成多项式为C(X)=X5+X3+X2+X+1

2. 生成多项式

生成多项式是接受方和发送方的一个约定,也就是一个二进制数,在整个传输过程中,这个数始终保持不变。(这个多项式是发送方和接收方所共知的,不会在(N,K)码中体现出来) 在发送方,利用生成多项式对信息多项式做模2除生成校验码。在接收方利用生成多项式对收到的编码多项式做模2除检测和确定错误位置。

生成多项式应满足以下条件
A、生成多项式的最高位和最低位必须为1。

B、当被传送信息(CRC码)任何一位发生错误时,被生成多项式做除后应该使余数不为0。

C、不同位发生错误时,应该使余数不同。

D、对余数继续做除,应使余数循环。

3. 校验码位数

CRC校验码位数 = 生成多项式位数 - 1。例如:生成多项式为:G(X)=X4+X3+X+1,则CRC校验码的位数 = 4+1 = 5 。注意有些生成多项式的简记式中将生成多项式的最高位1省略了。

4. 生成步骤

(1)X的最高次幂为R的生成多项式G(X)转换成对应的R+1位二进制数。如:G(X) = X4+X3+X+1,则转换为二进制数为11011CRC校验码位数R = 4.

(2)将信息码左移R位,相当于对应的信息多项式C(X) *2R。如:信息码为1010,则对应多项式为C(x) = x3 + x1 + 1;将信息码左移R位得到1011 0000,对应的信息多项式C(X) *2R = x7 + x5 +1

(3)用生成多项式(二进制数)对信息码做除,得到R位的余数(注意:这里的二进制做除法得到的余数其实是模2除法得到的余数,并不等于其对应十进制数做除法得到的余数。)。如:将上面的左移后的信息码1011 0000 除以 生成多项式(二进制数)11011,得到的余数(1110)就是CRC码。(这个CRC码一定是R位)

(4)将余数拼到信息码左移后空出的位置,得到完整的CRC码。 如:上面的信息码为1011 0000,将后R位换成刚得到的CRC码,就得到完整得到CRC码10111110

例1:

假设使用的生成多项式是G(X)=X3+X+1。4位的原始报文为1010,求编码后的报文。 解:

1、将生成多项式G(X)=X3+X+1转换成对应的二进制除数1011。

2、此题生成多项式有4位(R+1)(注意:4位的生成多项式计算所得的校验码为3位,R为校验码位数),要把原始报文C(X)左移3(R)位变成1010 000

3、用左移3位后的原始报文 除以 生成多项式对应的二进制数 得到的的余数:1010 000 %1011 = 011(这个%好像不能在这里用,意思表达到就行了,正确说法应该是二进制的模二除法) 所以,最终编码为1010011

例2:

信息字段代码为: 1011001;对应m(x)=x6+x4+x3+1

假设生成多项式为:g(x)=x4+x3+1;则对应g(x)的代码为: 11001

x4m(x)=x10+x8+x7+x4 对应的代码记为:10110010000

采用多项式除法: 得余数为: 1010 (即校验字段为:1010)

发送方:发出的传输字段为: 1 0 1 1 0 0 1 1010
接收方:使用相同的生成码进行校验:接收到的字段/生成码(二进制除法)

如果能够除尽,则正确。