深入理解Modbus的LRC和CRC check

基于串行链路的 Modbus 通信需要进行差错チェック，根据传输モード（ASCII 或 RTU）的不同，差错チェック域采用不同的チェック方法。

• ASCII モード —— チェック字段由2つ文字组成，其值是基于对すべて报文内容执行 LRC check（Longitudinal Redundancy Check，纵向冗余チェック）的計算结果。計算对象不包括起始的冒号（:）和回车换行符号（CRLF）。
• RTU モード —— チェック字段由 16 个比特位（两バイト単位。）组成，其值是基于对すべて报文内容执行 CRC check（Cyclical Redundancy Check，循环冗余チェック）的計算结果。計算对象包括チェック域之前的すべてのバイト。

LRC check​

LRC チェック比较简单，它在 ASCII 协议で使用する。，检测了メッセージ域中除始まりました。冒号及结束的回车换行号外的内容。它仅仅是把每一个需要传输的データ按バイト叠加（丢弃すべての进位），然后对结果进行二进制补码操作。

下面是 LRC チェック的具体代码：

unsigned char LRC(unsigned char *auchMsg, unsigned short usDataLen)
{
    unsigned char uchLRC = 0;
    while (usDataLen--)
        uchLRC += *auchMsg++;
    return ((unsigned char)(-((char)uchLRC)));
}

从算法本质来说，LRC 域本身仅占 1 バイト単位。，但在 ASCII モード传递メッセージフレーム时，LRC 值被编码为 2 バイト単位。的 ASCII characters。例如，計算得到的 LRC 值为 0xF3，那么在 ASCII メッセージフレーム中表示为 'F' 和 '3' 2つ文字。

CRC verification​

CRC 域是两バイト単位。，包含一个 16 位的二进制值。它由传输デバイス計算后加入到メッセージ中。受信デバイス重新計算收到メッセージ的 CRC，并与受信到的 CRC 域中的值比较，もし两值不同，则有误。

CRC 是先调入一值是全“1”的 16 位レジスタ，然后调用一过程将メッセージ中连续的 8 位バイト各当前レジスタ中的值进行処理。仅每个文字中的 8 ビット·データ对 CRC effective，スタート地点。和ストップ·ビット以及パリティ検査位均无效。 CRC 产生过程中，每个 8 位文字都单独和レジスタ内容相或（OR），结果向最低有效位方向移動，最高有效位以 0 填充。LSB 被提取出来检测，もし LSB 为 1，レジスタ单独和预置的值或一下，もし LSB 为 0，则不进行。整个过程要重复 8 次。在最后一位（No. 8 位）完成后，下一个 8 位バイト又单独和レジスタ的当前值相或。最终レジスタ中的值，是メッセージ中すべての的バイト都执行之后的 CRC 值。

下面是 CRC verification的具体代码：

unsigned short CRC16(unsigned char *puchMsg, unsigned short usDataLen)
{
    int i, j;
    unsigned short usRegCRC = 0xFFFF;
    
    for (i=0; i<usDataLen; i++)
    {
        usRegCRC ^= *puchMsg++;
        for (j=0; j<8; j++)
        {
            if (usRegCRC & 0x0001)
                usRegCRC = usRegCRC >> 1 ^ 0xA001;
            else
                usRegCRC >>= 1;
        }
    }
    
    return usRegCRC;
}

在 Modbus RTU モード中，规定了在メッセージフレーム传递时 CRC verification值必须按低バイト数前に，ハイバイト在后的顺序。例如，計算得到的 CRC 值为 0xCA31，那么送信顺序为 0x31、0xCA。

上面的 CRC16 計算方法并ではない最优的，因为它需要大量的运算，只適用される对速度不敏感的场合。对运算速度有要求的，可以采用查表法得到チェック值，是一种以空间换时间的策略。