纵向冗余校验（LRC）：老工程师的C++实现与避坑指南

纵向冗余校验（LRC）：老工程师的C++实现与避坑指南

最近在给一个老旧的串口通信模块做升级，结果发现数据传输过程中经常出错，抓包一看，好家伙，LRC校验这块根本没做好。这玩意儿虽然简单，但细节没扣到位，照样掉链子。今天就跟大家唠唠这个LRC校验，再给你们一套C++代码，直接拿去用，保证好使！

LRC是什么？

简单来说，LRC（Longitudinal Redundancy Check，纵向冗余校验）就是一种数据校验方法，主要用于检测数据传输过程中发生的错误。它的原理很简单，就是把要发送的数据按字节排列成一个矩阵，然后对每一列进行校验计算，得到一个校验字节，附加到数据后面一起发送。接收方收到数据后，也进行同样的计算，如果计算结果和接收到的校验字节一致，就说明数据传输没有错误，否则就说明数据出错了。

你可以把它想象成一个表格，每一行是一个数据字节，每一列进行异或运算。最后得到的结果就是LRC校验码。

LRC的计算方法

LRC的计算方法其实很简单，主要步骤如下：

1. 数据排列： 将要发送的数据按照字节顺序排列成一个矩阵。例如，我们要发送的数据是 0x01, 0x02, 0x03, 0x04，那么就可以排列成一个 1x4 的矩阵。
2. 异或计算： 对每一列的数据进行异或（XOR）运算。例如，上面的数据，LRC校验值就是 0x01 ^ 0x02 ^ 0x03 ^ 0x04。
3. 结果取反（可选）： 有些LRC的实现会把异或结果取反，这取决于具体的协议。例如，Modbus协议中，LRC校验的结果就需要取反。

字节序（大小端）的影响：

这个地方要注意！字节序对LRC的计算是有影响的。如果你的数据是多字节的，例如 uint16_t 或者 uint32_t，那么在计算LRC之前，一定要搞清楚你的系统是大端还是小端。如果是小端，就需要先将数据进行字节序转换，然后再进行LRC计算，否则计算结果就会出错。

LRC变种：

LRC最常见的变种就是异或校验，但也有一些协议会使用累加校验。累加校验就是把每一列的数据加起来，然后取低8位作为LRC校验值。不过，累加校验的检错能力不如异或校验，所以用的比较少。

C++算法设计

下面是一个用C++实现的LRC校验函数，可以直接拿去用：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdint>

// 计算LRC校验码
uint8_t calculateLRC(const std::vector<uint8_t>& data) {
    uint8_t lrc = 0;
    for (uint8_t byte : data) {
        lrc ^= byte;
    }
    return lrc;
}

// 计算并取反LRC校验码 (Modbus常用)
uint8_t calculateLRCInvert(const std::vector<uint8_t>& data) {
    uint8_t lrc = calculateLRC(data);
    return ~lrc;
}

int main() {
    std::vector<uint8_t> data = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
    uint8_t lrc = calculateLRC(data);
    uint8_t lrc_invert = calculateLRCInvert(data);

    std::cout << "LRC: 0x" << std::hex << (int)lrc << std::endl;
    std::cout << "Inverted LRC: 0x" << std::hex << (int)lrc_invert << std::endl;

    return 0;
}

代码解释：

• calculateLRC 函数：计算LRC校验码，输入参数是一个 uint8_t 类型的 vector，也就是要发送的数据。函数内部使用一个循环，对每一个字节进行异或运算，最后返回LRC校验码。
• calculateLRCInvert 函数：计算并取反LRC校验码，主要用于Modbus协议。
• main 函数：一个简单的测试代码，演示了如何使用 calculateLRC 函数计算LRC校验码。

不同数据类型的影响：

上面的代码示例中使用的是 uint8_t 类型，如果你的数据是 uint16_t 或者 uint32_t 类型的，你需要先将数据拆分成字节，然后再进行LRC计算。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdint>

// 计算 uint16_t 数据的 LRC 校验码
uint8_t calculateLRC_uint16(const std::vector<uint16_t>& data) {
    std::vector<uint8_t> bytes;
    for (uint16_t value : data) {
        bytes.push_back(value & 0xFF); // 低字节
        bytes.push_back((value >> 8) & 0xFF); // 高字节 (假设小端)
    }
    return calculateLRC(bytes);
}

int main() {
    std::vector<uint16_t> data = {0x1234, 0x5678};
    uint8_t lrc = calculateLRC_uint16(data);
    std::cout << "LRC: 0x" << std::hex << (int)lrc << std::endl;
    return 0;
}

代码效率：

上面的代码已经足够简单高效了，但如果你需要处理大量数据，可以考虑使用查表法来提高计算效率。查表法就是预先计算好所有可能的LRC校验值，然后直接查表获取结果，避免了重复的异或运算。这个方法适合对实时性要求很高的场景。

实际应用案例

Modbus协议：

Modbus协议是工业控制领域常用的通信协议，它使用LRC校验来保证数据传输的可靠性。Modbus协议中，LRC校验的计算方法是先计算所有数据的异或值，然后取反。

串口通信：

串口通信中也可以使用LRC校验来检测数据传输错误。你可以自定义一个串口通信协议，在数据帧的末尾添加LRC校验字节。接收方收到数据后，计算LRC校验值，如果和接收到的校验字节一致，就说明数据传输没有错误。

调试和验证：

在实际项目中调试和验证LRC的正确性，可以使用示波器或者逻辑分析仪来抓取串口数据，然后手动计算LRC校验值，和接收到的校验字节进行比较。如果两者不一致，就说明LRC计算有问题，需要仔细检查代码。

常见错误和解决方法：

• 字节序错误： 检查你的系统是大端还是小端，并进行相应的字节序转换。
• 数据类型错误： 确保你使用的数据类型和LRC计算函数匹配。
• 计算方法错误： 仔细阅读协议文档，确认LRC的计算方法是否正确，例如是否需要取反。

总结与展望

LRC校验是一种简单有效的错误检测方法，它在通信领域有着广泛的应用。虽然LRC校验的检错能力有限，但对于一些对可靠性要求不高的场景，它仍然是一个不错的选择。相比于更复杂的校验算法，例如CRC校验，LRC校验的计算量更小，更容易实现。

LRC的优缺点：

在未来的通信技术中，LRC校验仍然会发挥一定的作用，尤其是在一些资源受限的嵌入式系统中。当然，对于一些对可靠性要求很高的场景，我们还是需要使用更复杂的校验算法，例如CRC循环冗余校验。

其他校验算法：

• 奇偶校验： 最简单的校验方法，只能检测出奇数个错误。
• 校验和： 将所有数据加起来，然后取低位作为校验值。
• CRC校验： 一种更复杂的校验方法，检错能力更强。

这几年，我也看到不少开源的LRC库，比如有些嵌入式开发框架就自带了LRC的实现。大家可以根据自己的需求选择合适的库或者自己实现一个。

希望这篇文章能帮助大家更好地理解LRC校验，并在实际项目中应用它。记住，细节决定成败！2026年了，别再犯低级错误了！