在物联网平台设计过程中,我的中间件一方面需要处理来自于硬件端的包,另一方面需要处理来自于用户端的包,用户端包括web端和手机端等等。所以编写一个统一的CRC认证是非常必须要。

那么,在设计开始,CRC认证到底是什么呢?所谓的CRC认证,就是指,在硬件端或者用户端进行数据传输前,通过一套算法,将待传输的数据,通过加验,算出其校验码,附加在包体的最后,然后中间件收到此包后,对包进行解析,拿出其中的数据内容部分,然后对包重新进行一次CRC加验,如果本次加验结果和包体附带的CRC校验码数据一致,那么就说明此条数据包是完整的,可用的。反之则证明此包有问题。

所以从上面过程中,我们可以看出CRC包含这么几个重要的内容:CRC生成算法,CRC解析算法。

CRC查表算法

首先,CRC生成算法如下,从网上随便都能搜出一堆,我们这里用的是CRC16位的:

  1. using System;
  2. using System.Collections.Generic;
  3. using System.Linq;
  4. using System.Text;
  5. using System.Threading.Tasks;
  6.  
  7. namespace DSMiddlewire.Lib
  8. {
  9. public class CRC16
  10. {
  11. private const int CRC_LEN = 0;
  12.  
  13. // Table of CRC values for high-order byte
  14. private readonly byte[] _auchCRCHi = new byte[]
  15. {
  16. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  17. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  18. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  19. 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  20. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  21. 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  22. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  23. 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  24. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  25. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  26. 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  27. 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  28. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  29. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  30. 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  31. 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  32. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  33. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  34. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  35. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  36. 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
  37. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
  38. 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
  39. 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
  40. 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
  41. 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
  42. };
  43.  
  44. // Table of CRC values for low-order byte
  45. private readonly byte[] _auchCRCLo = new byte[]
  46. {
  47. 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
  48. 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
  49. 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
  50. 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
  51. 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
  52. 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
  53. 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
  54. 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
  55. 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
  56. 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
  57. 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
  58. 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
  59. 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
  60. 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
  61. 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
  62. 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
  63. 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
  64. 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
  65. 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
  66. 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
  67. 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
  68. 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
  69. 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
  70. 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
  71. 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
  72. 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
  73. };
  74.  
  75. /// <summary>
  76. /// 获得CRC16效验码
  77. /// </summary>
  78. /// <param name="buffer"></param>
  79. /// <returns></returns>
  80. internal ushort CalculateCrc16(byte[] buffer)
  81. {
  82. byte crcHi = 0xff; // high crc byte initialized
  83. byte crcLo = 0xff; // low crc byte initialized
  84.  
  85. for (int i = 0; i < buffer.Length - CRC_LEN; i++)
  86. {
  87. int crcIndex = crcHi ^ buffer[i]; // calculate the crc lookup index
  88.  
  89. crcHi = (byte)(crcLo ^ _auchCRCHi[crcIndex]);
  90. crcLo = _auchCRCLo[crcIndex];
  91. }
  92. return (ushort)(crcHi << 8 | crcLo);
  93. }
  94.  
  95. /// <summary>
  96. /// 获得CRC16效验码
  97. /// </summary>
  98. /// <param name="strPar"></param>
  99. /// <returns></returns>
  100. public static string CalculateCrc16(string strPar)
  101. {
  102. string retStr = new CRC16().CalculateCrc16(System.Text.Encoding.Default.GetBytes(strPar)).ToString();
  103. while (retStr.Length < 5)
  104. {
  105. retStr = "0" + retStr;
  106. }
  107. return retStr;
  108. }
  109.  
  110. }
  111. }

上面就是利用查表法来生成CRC16校验码的函数,其机理就是:我通过运算会得到一个CRC校验码,然后除以256会得到高位值,余256会得到低位值,最后将高位值和低位值进行或操作,就是我们的校验码了。

CRC加验方法

上面的函数虽然可用,但是生成的却是String类型的值,在数据传输过程中,都是要转化为byte传输的,所以这里我们需要将得到的数值转化为byte类型,然后放到数据内容的byte数组中,传送给中间件:

  1. /*
  2. * 向底层硬件发送的CRC封装方法
  3. * 1.var crcGenerate = GetCRC(result); 先得到crc码:14321
  4. * 2.得到高位,低位值: 14321/256 = 55, 14321%256=241
  5. * 3.转为byte,追加到最后两位byte数组中,传给硬件即可
  6. * */
  7. public static byte[] ConstructMessageWithCRC(string message)
  8. {
  9. //信息主体,加上一个分隔符
  10. var messageToConstruct = message + "|";
  11.  
  12. //算出crc码
  13. var crcCode = CRC16.CalculateCrc16(messageToConstruct);
  14. var crcCodeShort = ushort.Parse(crcCode);
  15.  
  16. //CRC码高位
  17. var crcHigh = byte.Parse((crcCodeShort / 256).ToString());
  18. //CRC码低位
  19. var crcLow = byte.Parse((crcCodeShort % 256).ToString());
  20.  
  21. var messageBytes = Encoding.Default.GetBytes(messageToConstruct);
  22. var messageLength = messageBytes.Length;
  23.  
  24. var messageBytesWithCRC = new byte[messageLength + 2];
  25. Array.Copy(messageBytes, 0, messageBytesWithCRC, 0, messageLength);
  26.  
  27. //放CRC码到数组最后两位
  28. messageBytesWithCRC[messageLength] = crcHigh;
  29. messageBytesWithCRC[messageLength + 1] = crcLow;
  30.  
  31. return messageBytesWithCRC;
  32. }

我解释下上面的代码:messageToConstruct 是我们的数据内容部分,我们先是将数据内容通过CRC16.CalculateCrc16函数算出其校验码,然后将其最高位和最低位分别放入byte数组中,然后传送出去。

CRC校验方法

那么既然有CRC校验码的生成,也需要CRC校验码的解析过程,所谓有攻必有防:

  1. public static bool CheckMessageCRC(byte[] message, out string messageReceived)
  2. {
  3. //接收到的数据长度
  4. var messageLength = message.Length;
  5.  
  6. //收到的数据信息
  7. var messageReceivedStrBytes = new byte[messageLength - 2];
  8. Array.Copy(message, 0, messageReceivedStrBytes, 0, messageLength - 2);
  9.  
  10. //CRC校验码固定2个字节
  11. var messageReceivedCrcBytes = new byte[2];
  12. Array.Copy(message, messageLength - 2, messageReceivedCrcBytes, 0, 2);
  13.  
  14. //获取传输数据
  15. var messageCalculatedString = Encoding.Default.GetString(messageReceivedStrBytes);
  16. messageReceived = messageCalculatedString;
  17.  
  18. //获取CRC校验码
  19. var currentCRC = byte.Parse(messageReceivedCrcBytes[0].ToString()) * 256 + byte.Parse(messageReceivedCrcBytes[1].ToString());
  20.  
  21. //数据部分的crc校验
  22. var result = ushort.Parse(CRC16.CalculateCrc16(messageCalculatedString));
  23.  
  24. if (currentCRC == result)
  25. return true;
  26. return false;
  27. }

上面的过程就是对接收到的数据包,先把数据部分和CRC校验码部分分开(校验码部分很明确占最后两个字节,从CRC加验部分我们就可以看到)。然后再把数据部分重新计算CRC校验码,和附带的对比即可。

后话

好了,以上就是所有的CRC校验码内容了,包括加验和校验过程,你明白了吗?

说实在话,翻了许多文章,都没有我这篇讲得透彻。因为我在设计之初,也是找网上的文章,但是均不成功,后来和做硬件的人沟通,然后顺利成型。

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