RTU帧 & ASCII帧的差错체크섬-Modbus통신 프로토콜要点第5部分

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RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分

前面已经分析过RTU帧和ASCII帧的프레임区别,细心的朋友应该会发现在两种不同的프레임传输모드下都有一个共同的组成部分——差错체크섬。这个差错체크섬在RTU모드和ASCII모드下也不是不相同的。

看下面的对比:RTU모드的差错체크섬:

RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分插图

ASCII모드的差错체크섬:

RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分插图1

总而言之,RTU모드下用的是CRC 검증,ASCII모드下用的是LRC체크섬。

下面会설명这两者不同的체크섬 방식是怎么实现的。

1、RTU모드的CRC 검증

在 RTU 모드中基于循环冗余체크섬 ( CRC - - Cyclical RedundancyChecking) 算法的错误检验域。CRC 域检验整个프레임的콘텐츠。不管프레임有无奇짝수 패리티,均执行此检验。CRC 包含由两个 8 位바이트组成的一个 16 位值,作为프레임的最后的域附加在프레임之后。계산后,首先附加低바이트,然后是高바이트。CRC高바이트为프레임보내기的最后一个子节。附加在프레임后面的 CRC 的值由보내기设备계산。수신设备在수신프레임时重新계산 CRC 的值,并将계산 결과于实际수신到的 CRC 值相比较。如果两个值不相等,则为错误。这样的操作是可以防止데이터在传送过成发生错误,导致最后出现异常现象。

(1)CRC生成的원리

CRC 的生成过程中, 每个 8–位문자与레지스터中的值异或。然后结果向最低有效位 (LSB) 方向移动(Shift) 1 位,而最高有效位 (MSB) 位置充零。 然后提取并检查 LSB:如果 LSB 为 1, 则레지스터中的值与一个固定的预置值异或;如果 LSB 为 0, 则不进行异或操作。

这个过程将重复直到执行完 8 次移位。完成最后一次(第 8 次)移位及相关操作后,下一个 8位바이트与레지스터的当前值异或,然后又同上面설명过的一样重复 8 次。当所有프레임中子节都运算之后得到的레지스터中的最终值,就是 CRC。

(2)CRC的生成过程


1. 将一个 16 位레지스터装入16진수 FFFF (全 1). 将之称作 CRC 레지스터.
2. 将프레임的第一个 8 位바이트与 16 位 CRC 레지스터的低바이트异或,结果置于 CRC 레지스터.
3. 将 CRC 레지스터右移 1 位 (向 LSB 方向), MSB 充零. 提取并检测 LSB.
4. (如果 LSB 为 0): 重复步骤 3 (另一次移位).(如果 LSB 为 1): 对 CRC 레지스터异或多项式值 0xA001 (1010 0000 0000 0001).
5. 重复步骤 3 和 4,直到完成 8 次移位。当做完此操作后,将完成对 8 位바이트的完整操作。
6. 对프레임中的下一个바이트重复步骤 2 到 5,继续此操作直至所有프레임被处理完毕。
7. CRC 레지스터中的最终콘텐츠为 CRC 值.
8. 当放置 CRC 值于프레임时,高低바이트必须交换。

流程图如下:

RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分插图2

(3)CRC 검증生成的算法实现CRC的계산一般是用查表法实现,这种方法的优点是계산速度快,缺点是占用内存자료多。CRC的高바이트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바이트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的生成函数如下:


unsigned short CRC16 ( puchMsg, us데이터Len ) /* 函数以 unsigned short 유형返回 CRC */
{
    unsigned char *puchMsg ; /* 用于계산 CRC 的프레임 */
    unsigned short us데이터Len ; /* 프레임中的바이트数 */
    unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* CRC 的高바이트初始化 */
    unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* CRC 的低바이트初始化 */
    unsigned uIndex ; /* CRC 查询表索引 */

    while (us데이터Len--) /* 完成整个프레임缓冲区 */
    {
            uIndex = uchCRCLo ^ *puchMsgg++ ; /* 계산 CRC */
            uchCRCLo = uchCRCHi ^ auchCRCHi[uIndex} ;
            uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex] ;
    }

    return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ;
}

(4)CRC 검증码추가到프레임中当 16 位 CRC (2 个 8 位바이트) 在프레임中传送时,低位바이트首先보내기,然后是高位바이트。例如, 如果 CRC 值为16진수 1241 (0001 0010 0100 0001),如下:

RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分插图3

2、ASCII모드的LRC체크섬

(1)LRC的生成원리LRC 체크섬(LRC)为一个바이트,含有 8 位2진수值。LRC 由보내기设备계산,并附加 LRC 到프레임。수신设备在수신文时계산 LRC, 并将계산的结果与在 LRC 수신到的实际值相比较,如果两个值不相等,则结果为错。LRC 的계산, 对프레임中的所有的连续 8 位바이트相加,忽略任何进位,然后求出其2진수补码。LRC 为一个 8 位域,那么每个会导致值大于 255 新的相加只是简单的将域的值在零”回绕”。因为没有第 9 位,进位被自动放弃。

(2)LRC的生成过程


1.不包括시작”콜론”和종료 CRLF 的프레임中的所有바이트相加到一个 8 位域,故此进位被丢弃。
2.从 FF (全 1)16진수中减去域的最终值,产生 1 的补码(2진수反码)。
3.加 1 产生2진수补码.

(3)LRC체크섬生成的算法


static unsigned char LRC(auchMsg, us데이터Len) /* 函数返回 unsigned char 유형的 LRC 结果*/
{
    unsigned char *auchMsg ; /* 要계산 LRC 的프레임*/
    unsigned short us데이터Len ; /* 프레임的바이트数 */
    unsigned char uchLRC = 0 ; /* LRC 初始化 */

    while (us데이터Len--) /* 完成整个프레임缓冲区 */
        uchLRC += *auchMsg++ ; /* 缓冲区바이트相加,无进位 */

    return ((unsigned char)(-((char)uchLRC))) ; /* 返回2진수补码 */
}

(4)将LRC체크섬추가到프레임中当 8 位 LRC (2 个 ASCII 문자) 在프레임中传送时,高位문자首先보내기,然后是低位문자。例如,如果 LRC 值为16진수 61 (0110 0001),如下:

RTU帧 & ASCII帧的差错校验-Modbus通讯协议要点第5部分插图4
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