深入理解Modbus的LRC和CRC 검증

基于串行链路的 Modbus 통신需要进行差错체크섬，根据传输모드（ASCII 或 RTU）的不同，差错체크섬域采用不同的체크섬方法。

• ASCII 모드 —— 체크섬필드由两个문자组成，其值是基于对전체프레임콘텐츠执行 LRC 체크섬（Longitudinal Redundancy Check，LRC 체크섬）的계산 결과。계산对象不包括시작的콜론（:）和줄바꿈(CRLF)符号（CRLF）。
• RTU 모드 —— 체크섬필드由 16 个比特位（两个바이트）组成，其值是基于对전체프레임콘텐츠执行 CRC 체크섬（Cyclical Redundancy Check，循环冗余체크섬）的계산 결과。계산对象包括체크섬域之前的所有바이트。

LRC 체크섬​

LRC 체크섬比较简单，它在 ASCII 프로토콜中使用，检测了消息域中除开始的콜론及종료的줄바꿈(CRLF)号外的콘텐츠。它仅仅是把每一个需要传输的데이터按바이트叠加（丢弃所有进位），然后对结果进行2진수补码操作。

下面是 LRC 체크섬的具体代码：

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

从算法本质来说，LRC 域本身仅占 1 个바이트，但在 ASCII 모드传递消息帧时，LRC 值被编码为 2 个바이트的 ASCII 문자。例如，계산得到的 LRC 值为 0xF3，那么在 ASCII 消息帧中表示为 'F' 和 '3' 两个문자。

CRC 검증​

CRC 域是两个바이트，包含一个 16 位的2진수值。它由传输设备계산后加入到消息中。수신设备重新계산收到消息的 CRC，并与수신到的 CRC 域中的值比较，如果两值不同，则有误。

CRC 是先调入一值是全“1”的 16 位레지스터，然后调用一过程将消息中连续的 8 位바이트各当前레지스터中的值进行处理。仅每个문자中的 8 位데이터对 CRC 有效，시작位和정지 비트以及奇偶패리티均无效。 CRC 产生过程中，每个 8 位문자都单独和레지스터콘텐츠相或（OR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以 0 填充。LSB 被提取出来检测，如果 LSB 为 1，레지스터单独和预置的值或一下，如果 LSB 为 0，则不进行。整个过程要重复 8 次。在最后一位（第 8 位）完成后，下一个 8 位바이트又单独和레지스터的当前值相或。最终레지스터中的值，是消息中所有的바이트都执行之后的 CRC 值。

下面是 CRC 검증的具体代码：

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

在 Modbus RTU 모드中，规定了在消息帧传递时 CRC 검증值必须按低바이트在前，高바이트在后的顺序。例如，계산得到的 CRC 值为 0xCA31，那么보내기顺序为 0x31、0xCA。

上面的 CRC16 계산方法并不是最优的，因为它需要大量的运算，只适用于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체크섬值，是一种以空间换时间的策略。