understanding CRC16

CRC16.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/*
 * CRC16-CCITT理解
 */


/*
 * 多項式 X^16 + X^12 + X^5 + 1
 */
enum {
  POLYNOMIAL1 =  0x11021U,
  POLYNOMIAL2 =  0x1021U,
};

/*
 * 理解段階 1
 * CRCの定義をそのまま表現
 */
static int crc_1byte(int n)
{
  int j, r;

  // 多項式のビット数より1ビット少ない16ビットの0をデータに補う．
  r = n << 16;
  for (j = 0; j < 8; j++ ) {
    if (r & (1 << 23)) {
      /*
       * 先頭にビットが立っているので
       * 割り算(XOR)できる.
       */
      r ^= (POLYNOMIAL1 << 7); /* 桁合わせしてXOR */
    }
    r = r << 1;
  }
  return (r >> 8) & 0xFFFFU;
}

/*
 * 理解段階 2
 * 計算を簡素化
 * 16bit左シフトして，最後に8bit右シフトしていたことを利用
 */
static int crc_1byte_ex(int n)
{
  int i, r;

  r = n << 8;
  for (i = 0; i < 8; i++) {
    if (r & (1 << 15)) {
      /*
       * 先頭にビットが立っているので
       * 割り算(XOR)できる.
       */
      r = (r << 1) ^ POLYNOMIAL2;
    } else {
      r <<= 1;
    }
  }
  return r & 0xFFFFU;
}

static unsigned short crc_table[] = {
    0x0000, 0x1021, 0x2042, 0x3063, 0x4084, 0x50a5, 0x60c6, 0x70e7,
    0x8108, 0x9129, 0xa14a, 0xb16b, 0xc18c, 0xd1ad, 0xe1ce, 0xf1ef,
    0x1231, 0x0210, 0x3273, 0x2252, 0x52b5, 0x4294, 0x72f7, 0x62d6,
    0x9339, 0x8318, 0xb37b, 0xa35a, 0xd3bd, 0xc39c, 0xf3ff, 0xe3de,
    0x2462, 0x3443, 0x0420, 0x1401, 0x64e6, 0x74c7, 0x44a4, 0x5485,
    0xa56a, 0xb54b, 0x8528, 0x9509, 0xe5ee, 0xf5cf, 0xc5ac, 0xd58d,
    0x3653, 0x2672, 0x1611, 0x0630, 0x76d7, 0x66f6, 0x5695, 0x46b4,
    0xb75b, 0xa77a, 0x9719, 0x8738, 0xf7df, 0xe7fe, 0xd79d, 0xc7bc,
    0x48c4, 0x58e5, 0x6886, 0x78a7, 0x0840, 0x1861, 0x2802, 0x3823,
    0xc9cc, 0xd9ed, 0xe98e, 0xf9af, 0x8948, 0x9969, 0xa90a, 0xb92b,
    0x5af5, 0x4ad4, 0x7ab7, 0x6a96, 0x1a71, 0x0a50, 0x3a33, 0x2a12,
    0xdbfd, 0xcbdc, 0xfbbf, 0xeb9e, 0x9b79, 0x8b58, 0xbb3b, 0xab1a,
    0x6ca6, 0x7c87, 0x4ce4, 0x5cc5, 0x2c22, 0x3c03, 0x0c60, 0x1c41,
    0xedae, 0xfd8f, 0xcdec, 0xddcd, 0xad2a, 0xbd0b, 0x8d68, 0x9d49,
    0x7e97, 0x6eb6, 0x5ed5, 0x4ef4, 0x3e13, 0x2e32, 0x1e51, 0x0e70,
    0xff9f, 0xefbe, 0xdfdd, 0xcffc, 0xbf1b, 0xaf3a, 0x9f59, 0x8f78,
    0x9188, 0x81a9, 0xb1ca, 0xa1eb, 0xd10c, 0xc12d, 0xf14e, 0xe16f,
    0x1080, 0x00a1, 0x30c2, 0x20e3, 0x5004, 0x4025, 0x7046, 0x6067,
    0x83b9, 0x9398, 0xa3fb, 0xb3da, 0xc33d, 0xd31c, 0xe37f, 0xf35e,
    0x02b1, 0x1290, 0x22f3, 0x32d2, 0x4235, 0x5214, 0x6277, 0x7256,
    0xb5ea, 0xa5cb, 0x95a8, 0x8589, 0xf56e, 0xe54f, 0xd52c, 0xc50d,
    0x34e2, 0x24c3, 0x14a0, 0x0481, 0x7466, 0x6447, 0x5424, 0x4405,
    0xa7db, 0xb7fa, 0x8799, 0x97b8, 0xe75f, 0xf77e, 0xc71d, 0xd73c,
    0x26d3, 0x36f2, 0x0691, 0x16b0, 0x6657, 0x7676, 0x4615, 0x5634,
    0xd94c, 0xc96d, 0xf90e, 0xe92f, 0x99c8, 0x89e9, 0xb98a, 0xa9ab,
    0x5844, 0x4865, 0x7806, 0x6827, 0x18c0, 0x08e1, 0x3882, 0x28a3,
    0xcb7d, 0xdb5c, 0xeb3f, 0xfb1e, 0x8bf9, 0x9bd8, 0xabbb, 0xbb9a,
    0x4a75, 0x5a54, 0x6a37, 0x7a16, 0x0af1, 0x1ad0, 0x2ab3, 0x3a92,
    0xfd2e, 0xed0f, 0xdd6c, 0xcd4d, 0xbdaa, 0xad8b, 0x9de8, 0x8dc9,
    0x7c26, 0x6c07, 0x5c64, 0x4c45, 0x3ca2, 0x2c83, 0x1ce0, 0x0cc1,
    0xef1f, 0xff3e, 0xcf5d, 0xdf7c, 0xaf9b, 0xbfba, 0x8fd9, 0x9ff8,
    0x6e17, 0x7e36, 0x4e55, 0x5e74, 0x2e93, 0x3eb2, 0x0ed1, 0x1ef0,
};

/*
 * 理解段階 3
 * tableを利用して8bitずつまとめてやる
 *
 * 考え方は以下などを参照．
 * http://www.kimura-lab.net/wikimura/index.php/CRCを実装する
 */
static int crc16(unsigned char c[], int len)
{
  int i, r;
  int dividee, divider;

  r = 0;
  for (i = 0; i < len; i++) {
    dividee = (r << 8);
    divider = crc_table[(unsigned char)(r >> 8) ^ c[i]];
    r = dividee ^ divider;
  }
  return r & 0xFFFFU;
}

/*
 * 理解段階 4
 * 最終形態
 * CRC-16-CCITT 左シフト 初期値0xFFFF, 出力時XOR
 */
static int crc16_ex(unsigned char c[], int len)
{
  int i, r;
  int dividee, divider;

  r = 0xFFFFU;
  for (i = 0; i < len; i++) {
    dividee = (r << 8);
    divider = crc_table[(unsigned char)(r >> 8) ^ c[i]];
    r = dividee ^ divider;
  }
  return ~r & 0xFFFFU;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
  FILE *fp;
  int len;
  unsigned char buf[BUFSIZ * 32];

  if (argc < 2) {
    fprintf(stderr, "%s:<filename>\n", *argv);
    exit(1);
  }

  fp = fopen(*++argv,"r");
  len = fread(buf, 1, sizeof(buf), fp);
  fclose(fp);

  printf("crc16 = 0x%04x\n", crc16_ex(buf, len));

  exit(0);
}