Главная » Хабрахабр » [Из песочницы] Простой и эффективный расчёт Modbus CRC16 в ПЛК и МК без побитового сдвига и таблиц

[Из песочницы] Простой и эффективный расчёт Modbus CRC16 в ПЛК и МК без побитового сдвига и таблиц

Сакральный алгоритм расчёта CRC16, описанный в литературе и связанный с побитовым сдвигом, плохо вписывается в формат вычислительных возможностей ПЛК и МК. Во-первых, постольку, поскольку его реализация отнимает изрядный объем вычислительных ресурсов вышеозначенных устройств, во-вторых, потому что в ходе такого расчета существенно растягивается время скана программы по причине того, что, вследствие словной или байтовой организации аккумулятора арифметико-логического устройства, результирующие битовые операции со словами/байтами в нём выполняются гораздо дольше операций со словами/байтами целиком, а в отдельных устройствах эти операции и вовсе не поддерживаются, тогда как алгоритм подразумевает выполнение восьми циклов с такими операциями.

Тем не менее, и этот способ не лишён недостатка, ибо также потребляет ресурсы. В целях сокращения объема вычислений и, как следствие, времени сканирования при обработке CRC, часто применяется иной алгоритм — табличный, когда таблица масок рассчитывается и заполняется единожды в первом скане программы. 256 байт (или аналогичное количество двухбайтных слов), порою, отнюдь не лишние.

Безусловно, да. А можно ли видоизменить алгоритм расчёта CRC таким образом, чтобы отказаться от применения побитовых сдвигов и таблиц? Достаточно лишь внимательно приглядеться к алгоритму с побитовым сдвигом.
Напомню его суть:

  1. осуществляется сложение по модулю 2 очередного байта массива посылки с младшим байтом двухбайтной CRC;
  2. осуществляется ациклический сдвиг CRC на один бит от старшего 15-го разряда к младшему, нулевому, с выдвижением младшего бита, при этом старший разряд обнуляется;
  3. если значение выдвинутого бита единичное, выполняется сложение CRC по модулю 2 c полиномом 16#A001.
  4. шаги 2 и 3 повторяются ещё 7 раз.

Почему это реализовано так, а не иначе? Да потому, что такая алгоритмизация представлялась наиболее подходящей для реализации посредством аппаратной логики.

За его цикличность отвечает старший бит полинома. Внимательно взглянув на этот алгоритм, нетрудно обнаружить, что на самом-то деле мы имеем дело с циклическим побитовым сдвигом слова. Таким образом, при осуществлении циклического побитового сдвига, полином, с которым затем необходимо производить сложение по модулю 2, трансформируется в 16#2001. В результате, значение старшего битового разряда CRC после каждого сдвига идентично значению выдвинутого младшего.

А это наводит на мысль, что, после сложения по модулю 2 очередного байта массива посылки с младшим байтом CRC, достаточно поменять местами младший и старший байт CRC, а затем, последовательно проанализировав восемь бит старшего её байта, начав с младшего его разряда, восьмого, произвести сложение СRC по модулю 2 c известными константами, предопределёнными значением полинома, значение которого для Modbus CRC16, как уже указано выше, эквивалентно 16#2001. Подобных сдвигов выполняется восемь… Проще говоря, в глобальном плане имеет место перемена местами младшего байта CRC со старшим её байтом.

Итоговый алгоритм для учёта в CRC очередного байта массива посылки выглядит следующим образом:

Осуществляется сложение по модулю 2 очередного байта массива посылки с младшим байтом двухбайтовой CRC, после чего младший и старший байт CRC меняются местами;

  1. Если значение 8-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#0240;
  2. Если значение 9-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#0480;
  3. Если значение 10-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#0900;
  4. Если значение 11-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#1200;
  5. Если значение 12-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#2400;
  6. Если значение 13-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#4800;
  7. Если значение 14-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#9000;
  8. Если значение 15-го бита СRC единичное, выполняется её сложение по модулю 2 с константой 16#2001, расчёт окончен.

Преимущества такого способа расчёта:

1) По сравнению с алгоритмом побитового сдвига:

а) предложенный алгоритм позволяет избавиться от команд вложенного цикла FOR-NEXT и команд побитового сдвига в таком цикле, при том, число количество исполняемых команд сложения по модулю 2 сохраняется неизменным;

б) в контроллерах c поддержкой команды SWAP, восьмикратный побитовый сдвиг CRC заменяется единственной командой, а в контроллерах, такую команду не поддерживающих, — одной или двумя командами пересылки, входящими в число базовых команд контроллера и отнимающими минимальное время;

2) По сравнению с табличным методом расчёта, этот метод не нуждается в выделении места в памяти данных под таблицу, в её предварительном заполнении, в выборке соответствующей маски из таблицы с последующим ее наложением на байт CRC.

Проработка предложенного алгоритма расчёта СRC16 изначально велась для ПЛК Mitsubishi моделей FX3S/3G, не поддерживающих инструкций расчёта СRC, инструкций побитового сдвига и перемены местами байт в слове, между тем, предельное суммарное время расчета СRC с применением указанного алгоритма для массива посылки, состоящего из 128 байт, не превышает 2,4мс.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Всемирная организация здравоохранения официально признала существование игровой зависимости

В новую версию Международной классификации болезней, которую разрабатывает Всемирная организация здравоохранения, наряду с зависимостью от азартных игр вошла зависимость от онлайн- и офлайн-видеоигр как психическое расстройство. Отдельный идентификатор получили «опасные игры», которые увеличивают риск нанесения физического или психического вреда пациенту ...

[Перевод] Конструкция async/await в JavaScript: сильные стороны, подводные камни и особенности использования

Конструкция async/await появилась в стандарте ES7. Её можно считать замечательным улучшением в сфере асинхронного программирования на JavaScript. Она позволяет писать код, который выглядит как синхронный, но используется для решения асинхронных задач и не блокирует главный поток. Несмотря на то, что ...