• OD: Big_Endian vs Little_Endian


    经调试,Windows 下为 Little_Endian,OD 中堆栈数据区的 (dword)0xAABB0102,0x02 存储在低地址,0x01 存储在高地址。

    内容来自:http://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/6971544

    一、大端模式和小端模式的起源

    关于大端小端名词的由来,有一个有趣的故事,来自于 Jonathan Swift 的《格利佛游记》:Lilliput 和 Blefuscu 这两个强国在过去的 36 个月中一直在苦战。战争的原因:大家都知道,吃鸡蛋的时候,原始的方法是打破鸡蛋较大的一端,可以那时的皇帝的祖父由于小时侯吃鸡蛋,按这种方法把手指弄破了,因此他的父亲,就下令,命令所有的子民吃鸡蛋的时候,必须先打破鸡蛋较小的一端,违令者重罚。然后老百姓对此法令极为反感,期间发生了多次叛乱,其中一个皇帝因此送命,另一个丢了王位,产生叛乱的原因就是另一个国家 Blefuscu 的国王大臣煽动起来的,叛乱平息后,就逃到这个帝国避难。据估计,先后几次有 11000 余人情愿死也不肯去打破鸡蛋较小的端吃鸡蛋。这个其实讽刺当时英国和法国之间持续的冲突。Danny Cohen 一位网络协议的开创者,第一次使用这两个术语指代字节顺序,后来就被大家广泛接受。

    二、什么是大端和小端

    1) Little-Endian :低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
    2) Big-Endian :高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。

    举个例子,比如数字0x12 34 56 78在内存中的表示形式为:
    大端模式:

    低地址 -----------------> 高地址
    0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

    小端模式:

    低地址 ------------------> 高地址
    0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

    可见,大端模式和字符串的存储模式类似。

    3) 下面是两个具体例子:
    16bit 宽的数 0x1234 在内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址 小端模式存放内容 大端模式存放内容
    0x4000 0x34 0x12
    0x4001 0x12 0x34

    32bit 宽的数 0x12345678 在内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址 小端模式存放内容 大端模式存放内容
    0x4000 0x78 0x12
    0x4001 0x56 0x34
    0x4002 0x34 0x56
    0x4003 0x12 0x78

    4) 大端小端没有谁优谁劣,各自优势便是对方劣势:

    小端模式 :强制转换数据不需要调整字节内容,1、2、4 字节的存储方式一样。
    大端模式 :符号位的判定固定为第一个字节,容易判断正负。

    判断机器的字节序

     1 // 获知 CPU 对内存采用 Little-endian 还是 Big-endian 读写模式
     2 #include <stdio.h>
     3 
     4 int isBigEndian()
     5 {
     6     int a = 0x1234;
     7     char b = *(char*)&a;  // b 等于 a 的低地址部分
     8     if(b == 0x12)
     9     {
    10         return 1;
    11     }
    12     return 0;
    13 }
    14 
    15 // 联合体的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放
    16 int isLittleEndian()
    17 {
    18     union NUM
    19     {
    20         int a;
    21         char b;
    22     }num;
    23     num.a = 0x1234;
    24     if( num.b == 0x12 )
    25     {
    26         return 0;
    27     }
    28     return 1;
    29 }
    30 
    31 int main()
    32 {
    33     printf("isBigEndian() return %d
    ", isBigEndian());
    34     printf("isLittleEndian() return %d
    ", isLittleEndian());
    35     return 0;
    36 }

    四、常见的字节序

    一般操作系统都是小端,而通讯协议是大端的。

    4.1 常见CPU的字节序

    Big Endian : PowerPC、IBM、Sun
    Little Endian : x86、DEC
    ARM既可以工作在大端模式,也可以工作在小端模式。

    4.2 常见文件的字节序

    Adobe PS : Big Endian
    BMP : Little Endian
    DXF(AutoCAD) : Variable
    GIF : Little Endian
    JPEG : Big Endian
    MacPaint : Big Endian
    RTF : Little Endian

    另外,Java 和所有的网络通讯协议都是使用 Big-Endian 的编码。

    五、大小端转换

    对于字数据(16位):

    #define BigtoLittle16(A) ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | 
                              (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8 ) )

    对于双字数据(32位):

    #define BigtoLittle32(A) ((( (uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | 
                              (( (uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | 
                              (( (uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | 
                              (( (uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

    六、从软件的角度理解端模式

    从软件的角度上,不同端模式的处理器进行数据传递时必须要考虑端模式的不同。如进行网络数据传递时,必须要考虑端模式的转换。在 Socket 接口编程中,以下几个函数用于大小端字节序的转换。

    #define ntohs(n) //16 位数据类型网络字节顺序到主机字节顺序的转换 
    #define htons(n) //16 位数据类型主机字节顺序到网络字节顺序的转换 
    #define ntohl(n) //32 位数据类型网络字节顺序到主机字节顺序的转换 
    #define htonl(n) //32 位数据类型主机字节顺序到网络字节顺序的转换

    其中互联网使用的网络字节顺序采用大端模式进行编址,而主机字节顺序根据处理器的不同而不同,如PowerPC处理器使用大端模式,而Pentuim处理器使用小端模式。

    大端模式处理器的字节序到网络字节序不需要转换,此时ntohs(n)=n,ntohl = n;

    小端模式处理器的字节序到网络字节必须要进行转换,此时ntohs(n) = __swab16(n),ntohl = __swab32(n)。__swab16与__swab32函数定义如下所示。

    #define ___swab16(x) 
    { 
    __u16 __x = (x); 
    ((__u16)( 
    (((__u16)(__x) & (__u16)0x00ffU) << 8) | 
    (((__u16)(__x) & (__u16)0xff00U) >> 8) )); 
    } 
    
    
    #define ___swab32(x) 
    { 
    __u32 __x = (x); 
    ((__u32)( 
    (((__u32)(__x) & (__u32)0x000000ffUL) << 24) | 
    (((__u32)(__x) & (__u32)0x0000ff00UL) << 8) | 
    (((__u32)(__x) & (__u32)0x00ff0000UL) >> 8) | 
    (((__u32)(__x) & (__u32)0xff000000UL) >> 24) )); 
    }

    PowerPC 处理器提供了 lwbrx,lhbrx,stwbrx,sthbrx 四条指令用于处理字节序的转换以优化 __swab16 和 __swap32 这类函数。

    此外PowerPC处理器中的 rlwimi 指令也可以用来实现 __swab16 和 __swap32 这类函数。

    在对普通文件进行处理也需要考虑端模式问题。在大端模式的处理器下对文件的 32,16 位读写操作所得到的结果与小端模式的处理器不同。单纯从软件的角度理解上远远不能真正理解大小端模式的区别。事实上,真正的理解大小端模式的区别,必须要从系统的角度,从指令集,寄存器和数据总线上深入理解,大小端模式的区别。

    七、从系统的角度理解端模式

    先补充两个关键词,MSB和LSB:
    MSB : Most Significant Bit ------- 最高有效位
    LSB  : Least Significant Bit ------- 最低有效位

    处理器在硬件上由于端模式问题在设计中有所不同。从系统的角度上看,端模式问题对软件和硬件的设计带来了不同的影响,当一个处理器系统中大小端模式同时存在时,必须要对这些不同端模式的访问进行特殊的处理。

    PowerPC 处理器主导网络市场,可以说绝大多数的通信设备都使用 PowerPC 处理器进行协议处理和其他控制信息的处理,这也可能也是在网络上的绝大多数协议都采用大端编址方式的原因。因此在有关网络协议的软件设计中,使用小端方式的处理器需要在软件中处理端模式的转变。而 Pentium 主导个人机市场,因此多数用于个人机的外设都采用小端模式,包括一些在网络设备中使用的 PCI 总线、Flash 等设备,这也要求在硬件设计中注意端模式的转换。

    这里提到的小端外设是指这种外设中的寄存器以小端方式进行存储,如 PCI 设备的配置空间,NOR FLASH 中的寄存器等等。对于有些设备,如 DDR 颗粒,没有以小端方式存储的寄存器,因此从逻辑上讲并不需要对端模式进行转换。在设计中,只需要将双方数据总线进行一一对应的互连,而不需要进行数据总线的转换。

    如果从实际应用的角度说,采用小端模式的处理器需要在软件中处理端模式的转换,因为采用小端模式的处理器在与小端外设互连时,不需要任何转换。而采用大端模式的处理器需要在硬件设计时处理端模式的转换。大端模式处理器需要在寄存器,指令集,数据总线及数据总线与小端外设的连接等等多个方面进行处理,以解决与小端外设连接时的端模式转换问题。在寄存器和数据总线的位序定义上,基于大小端模式的处理器有所不同。

    一个采用大端模式的 32 位处理器,如基于 E500 内核的 MPC8541,将其寄存器的最高位 msb(most significant bit)定义为 0,最低位 lsb(lease significant bit)定义为31;而小端模式的 32 位处理器,将其寄存器的最高位定义为 31,低位地址定义为 0。与此向对应,采用大端模式的 32 位处理器数据总线的最高位为 0,最高位为 31;采用小端模式的 32 位处理器的数据总线的最高位为 31,最低位为 0。

    大小端模式处理器外部总线的位序也遵循着同样的规律,根据所采用的数据总线是 32 位,16 位和 8 位,大小端处理器外部总线的位序有所不同。大端模式下 32 位数据总线的 msb 是第 0 位,MSB 是数据总线的第 0~7 的字段;而 lsb 是第 31 位,LSB 是第 24~31 字段。小端模式下 32 位总线的 msb 是第 31 位,MSB 是数据总线的第 31~24 位,lsb 是第 0 位,LSB 是 7~0 字段。大端模式下 16 位数据总线的 msb 是第 0 位,MSB 是数据总线的第 0~7 的字段;而 lsb 是第 15 位,LSB 是第 8~15 字段。小端模式下 16 位总线的 msb 是第 15 位,MSB 是数据总线的第 15~7 位,lsb 是第 0 位,LSB 是 7~0 字段。大端模式下 8 位数据总线的 msb 是第 0 位,MSB 是数据总线的第 0~7 的字段;而 lsb 是第 7 位,LSB 是第 0~7 字段。小端模式下 8 位总线的 msb 是第 7 位,MSB 是数据总线的第 7~0 位,lsb 是第 0 位,LSB 是 7~0 字段。

    由上分析,我们可以得知对于 8 位,16 位和 32 位宽度的数据总线,采用大端模式时数据总线的 msb 和 MSB 的位置都不会发生变化,而采用小端模式时数据总线的 lsb 和 LSB 位置也不会发生变化。
    为此,大端模式的处理器对 8 位,16 位和 32 位的内存访问(包括外设的访问)一般都包含第 0~7 字段,即 MSB。小端模式的处理器对 8 位,16 位和 32 位的内存访问都包含第 7~0 位,小端方式的第 7~0 字段,即 LSB。由于大小端处理器的数据总线其 8 位,16 位和 32 位宽度的数据总线的定义不同,因此需要分别进行讨论在系统级别上如何处理端模式转换。在一个大端处理器系统中,需要处理大端处理器对小端外设的访问。

    八、实际中的例子

    虽然很多时候,字节序的工作已由编译器完成了,但是在一些小的细节上,仍然需要去仔细揣摩考虑,尤其是在以太网通讯、MODBUS 通讯、软件移植性方面。

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