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你真的懂 CPU 大小端模式吗?
鱼鹰谈单片机 | 2021-03-04 12:02:43    阅读:2629   发布文章

以下文章来源于strongerHuang ,作者strongerHuang

通信协议中的数据传输、数组的存储方式、数据的强制转换等这些都会牵涉到大小端问题。

CPU的大端和小端模式很多地方都会用到,但还是有许多朋友不知道,今天暂且普及一下。

一、为什么会有大小端模式之分呢?

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int型。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。

二、什么是大端和小端?

大端模式:是指数据的高字节保存在内存的低地址中,而数据的低字节保存在内存的高地址中。

小端模式:是指数据的高字节保存在内存的高地址中,而数据的低字节保存在内存的低地址中。

假如32位宽(uint32_t)的数据0x12345678,从地址0x08004000开始存放:

6.png

再结合一张图进行理解:

3.jpg

从上面表格、图可以看得出来,大小端的差异在于存放顺序不同。

在维基百科中还有有一段关于“端的起源”:

2.jpg

三、数组在大端小端情况下的存储

以unsigned int value = 0x12345678为例,分别看看在两种字节序下其存储情况,我们可以用unsigned char buf[4]来表示value。

7.png

不知道大家对数组进行强制转换成整型数据没有?

如果你要进行强制转换,肯定要考虑大小端问题。

四、大小端谁更好?

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。

总结:大端小端没有谁优谁劣,各自优势便是对方劣势。

五、常见字节序

常见的操作系统是小端,通讯协议是大端。

1.常见CPU的字节序

大端模式:PowerPC、IBM、Sun

小端模式:x86、DEC

ARM既可以工作在大端模式,也可以工作在小端模式。

(内容来自网络)

2.STM32属于小端模式

测试一款MCU属于大端,还是小端方法很多种,通过打印数据,通过在线调试查看数据:

1.png

当然,在MCU的手册中也有相关说明。

六、大小端转换

开篇说了,实际应用中,大小端应用的地方很多通信协议、数据存储等。如果字节序不一致,就需要转换。

只要你理解其中原理(高低顺序),转换的方法很多,下面简单列列两个。

1.对于16位字数据

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

2.对于32位字数据

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

方法很多种,感兴趣的朋友可自行研究。本文就写到这里,希望对你有帮助。

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