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:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks; namespace DSMiddlewire.Lib
{
public class CRC16
{
private const int CRC_LEN = 0; // Table of CRC values for high-order byte
private readonly byte[] _auchCRCHi = new byte[]
{
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
}; // Table of CRC values for low-order byte
private readonly byte[] _auchCRCLo = new byte[]
{
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
}; /// <summary>
/// 获得CRC16效验码
/// </summary>
/// <param name="buffer"></param>
/// <returns></returns>
internal ushort CalculateCrc16(byte[] buffer)
{
byte crcHi = 0xff; // high crc byte initialized
byte crcLo = 0xff; // low crc byte initialized for (int i = 0; i < buffer.Length - CRC_LEN; i++)
{
int crcIndex = crcHi ^ buffer[i]; // calculate the crc lookup index crcHi = (byte)(crcLo ^ _auchCRCHi[crcIndex]);
crcLo = _auchCRCLo[crcIndex];
}
return (ushort)(crcHi << 8 | crcLo);
} /// <summary>
/// 获得CRC16效验码
/// </summary>
/// <param name="strPar"></param>
/// <returns></returns>
public static string CalculateCrc16(string strPar)
{
string retStr = new CRC16().CalculateCrc16(System.Text.Encoding.Default.GetBytes(strPar)).ToString();
while (retStr.Length < 5)
{
retStr = "0" + retStr;
}
return retStr;
} }
}

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:

           /*
* 向底层硬件发送的CRC封装方法
* 1.var crcGenerate = GetCRC(result); 先得到crc码:14321
* 2.得到高位,低位值: 14321/256 = 55, 14321%256=241
* 3.转为byte,追加到最后两位byte数组中,传给硬件即可
* */
public static byte[] ConstructMessageWithCRC(string message)
{
//信息主体,加上一个分隔符
var messageToConstruct = message + "|"; //算出crc码
var crcCode = CRC16.CalculateCrc16(messageToConstruct);
var crcCodeShort = ushort.Parse(crcCode); //CRC码高位
var crcHigh = byte.Parse((crcCodeShort / 256).ToString());
//CRC码低位
var crcLow = byte.Parse((crcCodeShort % 256).ToString()); var messageBytes = Encoding.Default.GetBytes(messageToConstruct);
var messageLength = messageBytes.Length; var messageBytesWithCRC = new byte[messageLength + 2];
Array.Copy(messageBytes, 0, messageBytesWithCRC, 0, messageLength); //放CRC码到数组最后两位
messageBytesWithCRC[messageLength] = crcHigh;
messageBytesWithCRC[messageLength + 1] = crcLow; return messageBytesWithCRC;
}

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:

        public static bool CheckMessageCRC(byte[] message, out string messageReceived)
{
//接收到的数据长度
var messageLength = message.Length; //收到的数据信息
var messageReceivedStrBytes = new byte[messageLength - 2];
Array.Copy(message, 0, messageReceivedStrBytes, 0, messageLength - 2); //CRC校验码固定2个字节
var messageReceivedCrcBytes = new byte[2];
Array.Copy(message, messageLength - 2, messageReceivedCrcBytes, 0, 2); //获取传输数据
var messageCalculatedString = Encoding.Default.GetString(messageReceivedStrBytes);
messageReceived = messageCalculatedString; //获取CRC校验码
var currentCRC = byte.Parse(messageReceivedCrcBytes[0].ToString()) * 256 + byte.Parse(messageReceivedCrcBytes[1].ToString()); //数据部分的crc校验
var result = ushort.Parse(CRC16.CalculateCrc16(messageCalculatedString)); if (currentCRC == result)
return true;
return false;
}

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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