硬件CRC配合REV指令实现Modbus CRC16极致优化

eric2013

之前一直使用的软件CRC，但程序里面调用太频繁了，所以准备优化下。

三种方案实测了性能比较

1、查表法

特点已经简单好用，性能算是软件方案里面不错的

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uint16_t CRC16_Modbus(const uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen)
{

    uint8_t ucCRCHi = 0xFF; /* 高CRC字节初始化 */
    uint8_t ucCRCLo = 0xFF; /* 低CRC 字节初始化 */
    uint16_t usIndex;                /* CRC循环中的索引 */

    while (_usLen--)
   {
        usIndex = ucCRCHi ^ *_pBuf++; /* 计算CRC */        
        ucCRCHi = ucCRCLo ^ s_CRCHi[usIndex];
        ucCRCLo = s_CRCLo[usIndex];
    }

   return ((uint16_t)ucCRCHi << 8 | ucCRCLo);
}

2、硬件CRC + HAL库API实现

配置：

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    /* 用于CRC16_Modbus替代  */
    crcHandle.Instance = CRC;
    crcHandle.Init.DefaultPolynomialUse = DEFAULT_POLYNOMIAL_DISABLE;
    crcHandle.Init.DefaultInitValueUse = DEFAULT_INIT_VALUE_DISABLE;
    crcHandle.Init.GeneratingPolynomial = 0x8005;
    crcHandle.Init.CRCLength = CRC_POLYLENGTH_16B;
    crcHandle.Init.InitValue = 0xffff;
    crcHandle.Init.InputDataInversionMode = CRC_INPUTDATA_INVERSION_BYTE;
    crcHandle.Init.OutputDataInversionMode = CRC_OUTPUTDATA_INVERSION_ENABLE;
    crcHandle.InputDataFormat = CRC_INPUTDATA_FORMAT_BYTES;
    if (HAL_CRC_Init(&crcHandle) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }   

输出使用

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uint16_t CRC16_Modbus(const uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen)
{
    uint8_t ucCRCHi = 0xFF; /* 高CRC字节初始化 */
    uint8_t ucCRCLo = 0xFF; /* 低CRC 字节初始化 */
    uint16_t usIndex;                /* CRC循环中的索引 */

   usIndex = HAL_CRC_Calculate(&crcHandle, (uint32_t *)_pBuf, _usLen);

   ucCRCLo = usIndex >> 8;
   ucCRCHi = usIndex & 0xFF;

   return ((uint16_t)ucCRCHi << 8 | ucCRCLo);
}

3、硬件CRC + REV指令

使用REV指令，将4个字节组合发给DR寄存器。

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uint16_t CRC16_Modbus_HW(const uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen)
{
    uint32_t i;
    uint32_t n;

    CRC->CR |= CRC_CR_RESET;                        /* 加载 INIT=0xFFFF */

    if (((uint32_t)_pBuf & 3u) == 0u)               /* 4 字节对齐：LDR+REV 快速路径 */
    {
        const uint32_t *p32 = (const uint32_t *)_pBuf;
        n = _usLen / 4u;
        for (i = 0u; i < n; i++)
        {
            CRC->DR = __REV(*p32++);                /* 1×LDR + 1×REV */
        }
        i = 4u * n;
    }
    else                                            /* 非对齐：移位 OR 组包（HAL 等价，任何对齐安全） */
    {
        for (i = 0u; i < (_usLen / 4u); i++)
        {
            CRC->DR = ((uint32_t)_pBuf[4u*i]     << 24u) |
                      ((uint32_t)_pBuf[4u*i + 1] << 16u) |
                      ((uint32_t)_pBuf[4u*i + 2] << 8u)  |
                      ((uint32_t)_pBuf[4u*i + 3]);
        }
        i = 4u * i;
    }

    /* 公共尾部：1~3 字节，BYTES 格式写 DR 低 8 位 */
    while (_usLen > i)
    {
        *(__IO uint8_t *)(__IO void *)&CRC->DR = _pBuf[i];
        i++;
    }

    return (uint16_t)CRC->DR;
}

输出结果再用REV16切换高低字节

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uint16_t CRC16_Modbus(const uint8_t *_pBuf, uint16_t _usLen)
{
   return __REV16(CRC16_Modbus_HW((const uint8_t *)_pBuf, _usLen));
}

4、实际测试性能比较


  软件CRC, 直接HAL
_usLen =16   CRC_ENABLE: cycles=315,   0. 79us
_usLen=131  CRC_ENABLE: cycles=1926, 4. 82us

  硬件CRC，直接HAL
_usLen =16  CRC_ENABLE：cycles=196, 0.49us
_usLen=131  CRC_ENABLE:cycles=570,  1.42us

  硬件CRC,  配合REV
_usLen =16  CRC_ENABLE：cycles=173,  0.43us
_usLen=131  CRC_ENABLE：cycles= 509, 1.27us

fxyc87

stm32的crc好像是crc32，在Modbus上用不了吧？只能用软件crc吧？

eric2013

fxyc87 发表于 2026-8-25 11:58
stm32的crc好像是crc32，在Modbus上用不了吧？只能用软件crc吧？

可以用，合理配置CRC参数就可以了。

就是楼主位那个配置

hance2000

有没有可能使用DMA处理进一步降低CPU的使用率

eric2013

hance2000 发表于 2026-8-25 12:24
有没有可能使用DMA处理进一步降低CPU的使用率

没弄DMA，主要是数据长度一直是动态变化话的，DMA优势不好发挥出来。

dukelec

不需要这么复杂吧，crc 模块支持设置字节序的，不需要使用 REV 转换字节序

eric2013

dukelec 发表于 2026-8-26 09:20
不需要这么复杂吧，crc 模块支持设置字节序的，不需要使用 REV 转换字节序

那个硬件DR寄存器是32bit的，计算加速可以1次送4个字节数据。

eric2013

颓了，工程还有个地方调用到了硬件CRC，这两个地址只能二选一了。

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