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上一篇文章介紹的奇偶校驗法主要是針對byte傳輸校驗而言，而在實際應用中我們不僅要保證byte的完整性，還需要校驗由多個byte組成的數據包packet的完整性。今天痞子衡繼續給大家介紹針對packet校驗的最簡單的校驗法-即和校驗法。

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家講的是嵌入式里數據差錯控制技術-和校驗。

　　在系列前一篇文章里，痞子衡給大家介紹了比較簡單的校驗法-奇偶校驗，該校驗法主要是針對byte傳輸校驗而言，而在實際應用中我們不僅要保證byte的完整性，還需要校驗由多個byte組成的數據包packet的完整性。今天痞子衡繼續給大家介紹針對packet校驗的最簡單的校驗法-即和校驗法。

一、和校驗法基本原理

1.1 校驗依據

　　和校驗法的校驗依據就是判斷一次傳輸的n bytes組成的packet的所有byte累加和結果（僅截取低byte）在傳輸前后是否一致。

1.2 和校驗位

　　為了實現和校驗，通常會在傳輸的這組n bytes數據最后插入一個額外的和校驗字節(byte)，用它來記錄這組數據累加和的低byte結果。

1.3 校驗方法

　　前面講到和校驗位實際上是n bytes數據包的累加和，那么一包數據的長度n到底怎么確定呢？為了確定n，我們通常會在一包數據開始的時候額外插入一個信息位標明當前數據包長度。
　　在實際應用中，數據包是一包一包連續發送的，如果傳輸過程中發生數據丟失，則會引起數據包的錯位導致接下來一連串數據包的解析錯誤，如何及時發現數據包錯位呢？我們通常還會在數據包最開始的時候再額外插入一個信息位標明一包數據的開始，這個信息位也叫作起始標志字節。
　　所以最終完整的數據包變成如下格式：

起始標志字節(1 byte)

長度字節(1-2 byte)

原始數據位(n bytes)

和校驗字節(1 byte)

　　有了上述前導信息位，我們便可以準確找到一包數據中的原始數據位進行累加計算得出和，然后與數據包中的校驗和字節進行比較驗證當前包數據的正確性。
　　需要注意的是，對于校驗和字節，有時候并不一定是數據位所有字節之和結果的原碼，也有可能是反碼或補碼（關于三者區別，請參考痞子衡另一篇文章《整數在計算機中的表示》），需要結合不同校驗和應用標準區別對待，否則會導致驗證結果有誤。

1.4 C代碼實現

　　實際中校驗和字節為數據之和byte結果（認定被截斷的bit9為1）的補碼應用較多，因為在驗證數據包時，直接將所有數據連同校驗和字節直接相加得到byte結果為0，即表示數據包正確。此處示例代碼以補碼校驗和為例：

安裝包:codeblocks-17.12mingw-setup.exe
集成環境:CodeBlocks 17.12 rev 11256
編譯器:GNU GCC 5.1.0
調試器:GNU gdb (GDB) 7.9.1

// checksum.c
//////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdint.h>

enum _packet_constants
{
    kPacketStartByte = 0x5a
};

#pragma pack(1)
typedef struct _packet_header
{
    uint8_t startByte;
    uint8_t length;
} packet_header_t;
#pragma pack()

/*!
 * @brief 計算數據塊的checksum（補碼）
 *
 * @param src， 待處理的數據塊.
 * @param lenInBytes， 待處理的數據塊長度.
 */
uint8_t get_checksum(uint8_t *src,
                     uint32_t lenInBytes)
{
    uint8_t checksum = 0;
    // 計算數據和，丟棄高bytes
    while (lenInBytes--)
    {
        checksum += *src++;
    }
    // 轉換為補碼
    checksum = (~checksum) + 1;
    return checksum;
}

/*!
 * @brief 驗證數據包的checksum
 *
 * @param src， 待處理的數據包.
 * @retval 0， 數據包checksum校驗正確.
 * @retval 1， 數據包起始標志字節錯誤.
 * @retval 2， 數據包checksum校驗錯誤.
 */
int32_t verify_packet(uint8_t *src)
{
    uint8_t sum = 0;
    packet_header_t *header = (packet_header_t *)src;
    // 校驗數據包頭
    if (header->startByte != kPacketStartByte)
    {
        return 1;
    }
    // 求所有數據及校驗字節之和
    for (uint32_t i = 0; i < header->length; i++)
    {
        sum += *(src + sizeof(packet_header_t) + i);
    }
    // 結果為非0，則checksum錯誤
    if (sum)
    {
        return 2;
    }

    return 0;
}

// main.c
//////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "checksum.h"

int main(void)
{
    uint8_t packet[16];
    packet_header_t *header = (packet_header_t *)packet;
    // 填充包頭
    header->startByte = kPacketStartByte;
    header->length = sizeof(packet) - sizeof(packet_header_t);
    // 填充數據
    for (uint32_t i = sizeof(packet_header_t); i < header->length - 1; i++)
    {
        packet[i] = rand();
    }
    // 填充checksum
    packet[sizeof(packet) - 1] = get_checksum(&packet[sizeof(packet_header_t)], header->length - 1);
    // 顯示packet
    for (uint32_t i = 0; i < sizeof(packet); i++)
    {
        printf("packet[%d] = 0x%x\n", i, packet[i]);
    }

    // 校驗checksum
    int32_t res = verify_packet(packet);
    printf("check res = %d\n", res);

    return 0;
}

1.5 行業應用

　　和校驗由于實現簡單，檢錯性能也算理想，因此應用十分廣泛，就嵌入式而言，比較典型的應用是在各種image格式中。做過編程器或者下載器的朋友肯定會比較了解，常用的image格式有hex、s19，這些image文件都是由多個數據包組成的，在下載image文件時需要對每一包進行和校驗。關于image文件詳情，可參考痞子衡的文章《ARM開發中image文件詳解》。