在通信协议的优化过程中，数据校验是确保信息传输准确性的关键环节。本周我们将深入探讨 CRC16 校验算法在串口通信中的应用，特别是结合 Modbus RTU 协议的实例，讲解如何编写 CRC 校验码计算函数以及如何在接收端实现错误帧的丢弃策略。
一、CRC16 算法基础
CRC16 算法是一种常用的数据校验算法，其核心思想是通过多项式除法来检测数据传输中的错误。在通信协议中，发送方使用预定义的多项式对数据进行计算，生成一个校验码附加在数据帧的末尾。接收方收到数据后，使用相同的多项式对数据进行同样的计算，并将计算结果与接收到的校验码进行比较，如果一致则认为数据传输无误，否则认为数据存在错误。
二、多项式 x¹⁶+x¹²+x⁵+1 的应用
在 CRC16 算法中，多项式 x¹⁶+x¹²+x⁵+1 是一个常用的标准多项式。这个多项式对应的二进制数为 1000100000001011，通常简写为 0x8005。在使用这个多项式进行 CRC 计算时，需要注意数据的位序和多项式的位序。
三、CRC 校验码计算函数的编写
编写 CRC 校验码计算函数是实现 CRC 校验的关键步骤。以下是一个简单的 CRC16 校验码计算函数的示例代码：
unsigned short calculate_crc16(unsigned char *data, int length) {
unsigned short crc = 0xFFFF;
unsigned short polynomial = 0x8005;
for (int i = 0; i < length; i++) {
crc ^= data[i];
for (int j = 0; j < 8; j++) {
if (crc & 0x0001) {
crc = (crc >> 1) ^ polynomial;
} else {
crc >>= 1;
}
}
}
return crc;
}
四、Modbus RTU 协议中的 CRC 校验
Modbus RTU 协议是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议。在 Modbus RTU 协议中，CRC 校验用于确保数据帧的完整性。发送方在发送数据帧之前，需要计算并附加 CRC 校验码。接收方在接收到数据帧后，首先进行 CRC 校验，如果校验失败，则丢弃该数据帧。
五、接收端错误帧丢弃策略
在接收端实现错误帧丢弃策略是确保通信可靠性的重要措施。当接收方检测到 CRC 校验失败时，应立即丢弃该数据帧，并可能发送一个错误响应给发送方。这样可以避免错误数据对系统造成不良影响。
总结
通过本周的学习，我们深入了解了 CRC16 校验算法在串口通信中的应用，特别是结合 Modbus RTU 协议的实例，掌握了 CRC 校验码计算函数的编写以及接收端错误帧丢弃策略的实现。这些知识对于提高通信协议的可靠性和稳定性具有重要意义。希望大家能够通过实践进一步巩固所学知识，为即将到来的考试做好充分准备。
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