详解大端模式和小端模式Word下载.docx

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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Little-endian模式（以及Big-endian模式）CPU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

0x4001

32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式以及Big-endian模式）CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

0x56

0x4002

0x4003

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。

三、数组在大端小端情况下的存储：

　　以unsignedintvalue=0x12345678为例，分别看看在两种字节序下其存储情况，我们可以用unsignedcharbuf[4]来表示value：

　　Big-Endian:

低地址存放高位，如下：

高地址

---------------

buf[3]（0x78）--低位

buf[2]（0x56）

buf[1]（0x34）

buf[0]（0x12）--高位

低地址

Little-Endian:

低地址存放低位，如下：

buf[3]（0x12）--高位

buf[2]（0x34）

buf[1]（0x56）

buf[0]（0x78）--低位

--------------

低地址

四、为什么会有大小端模式之分呢？

这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。

但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题。

因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。

对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。

小端模式，刚好相反。

我们常用的X86结构是小端模式，而KEILC51则为大端模式。

很多的ARM，DSP都为小端模式。

有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

五、如何判断机器的字节序

可以编写一个小的测试程序来判断机器的字节序：

[cpp] 

viewplaincopy

1.BOOL 

IsBigEndian（） 

2.{ 

3. 

int 

a 

= 

0x1234;

4. 

char 

b 

*（char 

*）&

a;

//通过将int强制类型转换成char单字节，通过判断起始存储位置。

即等于 

取b等于a的低地址部分 

5. 

if（ 

== 

0x12） 

6. 

{ 

7. 

return 

TRUE;

8. 

} 

9. 

FALSE;

10.}<

span 

style="

font-family:

Arial, 

Verdana, 

sans-serif;

white-space:

normal;

background-color:

rgb（255, 

255, 

255）;

"

>

<

/span>

联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写：

union 

NUM 

b;

}num;

num.a 

num.b 

0x12 

） 

10. 

11. 

12. 

13. 

14.}<

六、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

BigEndian:

PowerPC、IBM、Sun

LittleEndian:

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

AdobePS–BigEndian

BMP–LittleEndian

DXF（AutoCAD）–Variable

GIF–LittleEndian

JPEG–BigEndian

MacPaint–BigEndian

RTF–LittleEndian

另外，Java和所有的网络通讯协议都是使用Big-Endian的编码。

七、如何进行转换

对于字数据（16位）：

1.#define 

BigtoLittle16（A） 

（（ 

（（uint16）（A） 

&

0xff00） 

8） 

| 

\ 

2. 

（uint16）（A） 

0x00ff） 

8）） 

对于双字数据（32位）：

BigtoLittle32（A） 

（（（ 

（uint32）（A） 

0xff000000） 

24） 

0x00ff0000） 

0x0000ff00） 

0x000000ff） 

24）） 

八、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。

ntohs（n） 

//16位数据类型网络字节顺序到主机字节顺序的转换 

2.#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 

3.#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 

4.#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；

而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。

___swab16（x） 

__u16 

__x 

（x）;

（（__u16）（ 

（（（__u16）（__x） 

（__u16）0x00ffU） 

（__u16）0xff00U） 

））;

7.} 

10.#define 

___swab32（x） 

11.{ 

__u32 

（（__u32）（ 

14. 

（（（__u32）（__x） 

（__u32）0x000000ffUL） 

15. 

（__u32）0x0000ff00UL） 

16. 

（__u32）0x00ff0000UL） 

17. 

（__u32）0xff000000UL） 

18.} 

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。

九、从系统的角度理解端模式

先补充两个关键词，MSB和LSB：

　　MSB:

MoSTSignificantBit-------最高有效位

LSB:

LeastSignificantBit-------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。

本文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，NORFLASH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（mostsignificantbit）定义为0，最低位lsb（leasesignificantbit）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。

十、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。

这里，举一个MODBUS通讯的例子。

在MODBUS中，数据需要组织成数据报文，该报文中的数据都是大端模式，即低地址存高位，高地址存低位。

假设有一16位缓冲区m_RegMW[256]，因为是在x86平台上，所以内存中的数据为小端模式：

m_RegMW[0].low、m_RegMW[0].high、m_RegMW[1].low、m_RegMW[1].high……

为了方便讨论，假设m_RegMW[0]=0x3456;

在内存中为0x56、0x34。

现要将该数据发出，如果不进行数据转换直接发送，此时发送的数据为0x56,0x34。

而Modbus是大端的，会将该数据解释为0x5634而非原数据0x3456，此时就会发生灾难性的错误。

所以，在此之前，需要将小端数据转换成大端的，即进行高字节和低字节的交换，此时可以调用步骤五中的函数BigtoLittle16（m_RegMW[0]），之后再进行发送才可以得到正确的数据。

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