詳解Modbus協(xié)議的RTU幀和ASCII幀(2)

前面已經(jīng)分析過RTU幀和ASCII幀的報文區(qū)別，細心的朋友應該會發(fā)現(xiàn)在兩種不同的報文傳輸模式下都有一個共同的組成部分——差錯校驗。

這個差錯校驗在RTU模式和ASCII模式下也不是不相同的?？聪旅娴膶Ρ龋?/p>

RTU模式的差錯校驗：

ASCII模式的差錯校驗：

總而言之，RTU模式下用的是CRC校驗，ASCII模式下用的是LRC校驗。

下面會說明這兩者不同的校驗方式是怎么實現(xiàn)的。

1、RTU模式的CRC校驗

在 RTU 模式中基于循環(huán)冗余校驗 ( CRC - - Cyclical Redundancy

Checking) 算法的錯誤檢驗域。CRC 域檢驗整個報文的內容。不管報文有無奇偶校驗，均執(zhí)行此檢驗。

CRC 包含由兩個 8 位字節(jié)組成的一個 16 位值，作為報文的最后的域附加在報文之后。計算后，首先附加低字節(jié)，然后是高字節(jié)。CRC高字節(jié)為報文發(fā)送的最后一個子節(jié)。

附加在報文后面的 CRC 的值由發(fā)送設備計算。接收設備在接收報文時重新計算 CRC 的值，并將計算結果于實際接收到的 CRC 值相比較。如果兩個值不相等，則為錯誤。這樣的操作是可以防止數(shù)據(jù)在傳送過成發(fā)生錯誤，導致最后出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

（1）CRC生成的原理

CRC 的生成過程中，每個 8–位字符與寄存器中的值異或。然后結果向最低有效位 (LSB) 方向移動(Shift) 1 位，而最高有效位 (MSB) 位置充零。然后提取并檢查 LSB：如果 LSB 為 1，則寄存器中的值與一個固定的預置值異或；如果 LSB 為 0，則不進行異或操作。

這個過程將重復直到執(zhí)行完 8 次移位。完成最后一次（第 8 次）移位及相關操作后，下一個 8位字節(jié)與寄存器的當前值異或，然后又同上面描述過的一樣重復 8 次。當所有報文中子節(jié)都運算之后得到的寄存器中的最終值，就是 CRC。

（2）CRC的生成過程

1. 將一個 16 位寄存器裝入十六進制 FFFF (全 1). 將之稱作 CRC 寄存器.
2. 將報文的第一個 8 位字節(jié)與 16 位 CRC 寄存器的低字節(jié)異或，結果置于 CRC 寄存器.
3. 將 CRC 寄存器右移 1 位 (向 LSB 方向)， MSB 充零. 提取并檢測 LSB.
4. (如果 LSB 為 0): 重復步驟 3 (另一次移位).(如果 LSB 為 1): 對 CRC 寄存器異或多項式值 0xA001 (1010 0000 0000 0001).
5. 重復步驟 3 和 4，直到完成 8 次移位。當做完此操作后，將完成對 8 位字節(jié)的完整操作。
6. 對報文中的下一個字節(jié)重復步驟 2 到 5，繼續(xù)此操作直至所有報文被處理完畢。
7. CRC 寄存器中的最終內容為 CRC 值.
8. 當放置 CRC 值于報文時，高低字節(jié)必須交換。

流程圖如下：

（3）CRC校驗生成的算法實現(xiàn)

CRC的計算一般是用查表法實現(xiàn)，這種方法的優(yōu)點是計算速度快，缺點是占用內存資源多。

CRC的高字節(jié)表如下：

static unsigned char auchCRCHi[] = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01,
0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01,
0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81,
0x40
} ;

CRC的低字節(jié)表如下：

static char auchCRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4,
0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD,
0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7,
0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE,
0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2,
0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB,
0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91,
0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88,
0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80,
0x40
};

CRC的生成函數(shù)如下：

unsigned short CRC16 ( puchMsg， usDataLen ) /* 函數(shù)以 unsigned short 類型返回 CRC */
{
    unsigned char *puchMsg ; /* 用于計算 CRC 的報文 */
    unsigned short usDataLen ; /* 報文中的字節(jié)數(shù) */
    unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* CRC 的高字節(jié)初始化 */
    unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* CRC 的低字節(jié)初始化 */
    unsigned uIndex ; /* CRC 查詢表索引 */


    while (usDataLen--) /* 完成整個報文緩沖區(qū) */
    {
            uIndex = uchCRCLo ^ *puchMsgg++ ; /* 計算 CRC */
            uchCRCLo = uchCRCHi ^ auchCRCHi[uIndex} ;
            uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex] ;
    }


    return (uchCRCHi < < 8 | uchCRCLo) ;
}

（4）CRC校驗碼添加到報文中

當 16 位 CRC (2 個 8 位字節(jié)) 在報文中傳送時，低位字節(jié)首先發(fā)送，然后是高位字節(jié)。

例如，如果 CRC 值為十六進制 1241 (0001 0010 0100 0001)，如下：

2、ASCII模式的LRC校驗

（1）LRC的生成原理

縱向冗余校驗(LRC)為一個字節(jié)，含有 8 位二進制值。LRC 由發(fā)送設備計算，并附加 LRC 到報文。接收設備在接收文時計算 LRC, 并將計算的結果與在 LRC 接收到的實際值相比較，如果兩個值不相等，則結果為錯。

LRC 的計算, 對報文中的所有的連續(xù) 8 位字節(jié)相加，忽略任何進位，然后求出其二進制補碼。

LRC 為一個 8 位域，那么每個會導致值大于 255 新的相加只是簡單的將域的值在零”回繞”。因為沒有第 9 位，進位被自動放棄。

（2）LRC的生成過程

1.不包括起始”冒號”和結束 CRLF 的報文中的所有字節(jié)相加到一個 8 位域，故此進位被丟棄。
2.從 FF (全 1)十六進制中減去域的最終值，產(chǎn)生 1 的補碼(二進制反碼)。
3.加 1 產(chǎn)生二進制補碼.

（3）LRC校驗生成的算法

static unsigned char LRC(auchMsg， usDataLen) /* 函數(shù)返回 unsigned char 類型的 LRC 結果*/
{
    unsigned char *auchMsg ; /* 要計算 LRC 的報文*/
    unsigned short usDataLen ; /* 報文的字節(jié)數(shù) */
    unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 初始化 */


    while (usDataLen--) /* 完成整個報文緩沖區(qū) */
        uchLRC += *auchMsg++ ; /* 緩沖區(qū)字節(jié)相加，無進位 */


    return ((unsigned char)(-((char)uchLRC))) ; /* 返回二進制補碼 */
}