大端序与小端序的对比（verilog）

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绪论

​ 字节顺序，又称端序或尾序（英语：Endianness），在计算机科学领域中，指电脑内存中或在数字通信链路中，组成多字节的字的字节的排列顺序。

​ 字节的排列方式有两个通用规则。例如，将一个多位数的低位放在较小的地址处，高位放在较大的地址处，则称小端序；反之则称大端序。在网络应用中，字节序是一个必须被考虑的因素，因为不同机器类型可能采用不同标准的字节序，所以均按照网络标准转化。

1、端（endian）的起源

​ “endian”一词来源于十八世纪爱尔兰作家乔纳森·斯威夫特（Jonathan Swift）的小说《格列佛游记》（Gulliver’s Travels）。小说中，小人国为水煮蛋该从大的一端（Big-End）剥开还是小的一端（Little-End）剥开而争论，争论的双方分别被称为“大端派（Big-Endians）”和“小端派（Little-Endians）”。以下是1726年关于大小端之争历史的描述：

​ “我下面要告诉你的是，Lilliput和Blefuscu这两大强国在过去36个月里一直在苦战。战争开始是由于以下的原因：我们大家都认为，吃鸡蛋前，原始的方法是打破鸡蛋较大的一端，可是当今皇帝的祖父小时候吃鸡蛋，一次按古法打鸡蛋时碰巧将一个手指弄破了。因此他的父亲，当时的皇帝，就下了一道敕令，命令全体臣民吃鸡蛋时打破鸡蛋较小的一端，违令者重罚。老百姓们对这项命令极其反感。历史告诉我们，由此曾经发生过6次叛乱，其中一个皇帝送了命，另一个丢了王位。这些叛乱大多都是由Blefuscu的国王大臣们煽动起来的。叛乱平息后，流亡的人总是逃到那个帝国去寻求避难。据估计，先后几次有11000人情愿受死也不肯去打破鸡蛋较小的一端。关于这一争端，曾出版过几百本大部著作，不过大端派的书一直是受禁的，法律也规定该派任何人不得做官。”
​ ——《格列夫游记》 第一卷第4章 蒋剑锋（译）

​ 1980年，丹尼·科恩（Danny Cohen），一位网络协议的早期开发者，在其著名的论文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中，为平息一场关于字节该以什么样的顺序传送的争论，而第一次引用了该词。

2、字节序

​ 在哪种字节顺序更合适的问题上，人们表现得非常情绪化.实际上不管是大端序或小端序各有其优缺点。

​ 对于单一的字节（a byte），大部分处理器以相同的顺序处理位元（bit），因此单字节的存放方法和传输方式一般相同。对于多字节数据，如整数（32位机中一般占4字节），在不同的处理器的存放方式主要有两种，以32位的寄存器为例，分别有以下几种方式（verilog作为演示）：

【示例】

......
reg [31:0] data;
......
initial data = 32'h12345678
......

大端序

大端序（英：big-endian）或称大尾序。

• 低地址存放高位数据

高位地址	addr[3]	data[7:0]	8’h78
	addr[2]	data[15:8]	8’h56
	addr[1]	data[23:16]	8’h34
低位地址	addr[0]	data[31:24]	8’h12

小端序

小端序（英：little-endian）或称小尾序。

• 低地址存放数据低位

高位地址	addr[3]	data[7:0]	8’h12
	addr[2]	data[15:8]	8’h34
	addr[1]	data[23:16]	8’h56
低位地址	addr[0]	data[31:24]	8’h78

大端序

混合序（英：middle-endian）具有更复杂的顺序。

如下表所示，可以看作高16bit和低16bit以大端序存储，但16bit内部以小端存储。

高位地址	addr[3]	data[7:0]	8’h56
	addr[2]	data[15:8]	8’h78
	addr[1]	data[23:16]	8’h12
低位地址	addr[0]	data[31:24]	8’h34

3、处理器体系

• x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11等处理器为小端序；
• Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC（除V9外）等处理器为大端序；
• ARM、PowerPC（除PowerPC 970外）、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC及IA64的字节序是可配置的。

4、网络序

​ 网络传输一般采用大端序，也被称之为网络字节序，或网络序。IP协议中定义大端序为网络字节序。

Berkeley套接字定义了一组转换函数，用于16和32bit整数在网络序和本机字节序之间的转换。htonl，htons用于本机序转换到网络序；ntohl，ntohs用于网络序转换到本机序。

5、位序

一般用于描述串行设备的传输顺序。网络协议中只有数据链路层的底端会涉及到。

小端序（先传低位）的串行协议

• RS-232
• RS-422
• RS-485
• USB
• 以太网（虽然高字节先传，但每一字节内低位先传）

大端序（先传高位）的串行协议

• I2C协议
• SPI协议
• 摩尔斯电码

6、大端序与小端序的优点

小端序优点：

• 内存的低地址处存放低字节，所以在强制转换数据时不需要调整字节的内容。

• CPU做数值运算时从内存中依顺序依次从低位到高位取数据进行运算，直到最后刷新最高位的符号位，这样的运算方式会更高效。

大端序优点：

• 符号位在所表示的数据的内存的第一个字节中，便于快速判断数据的正负和大小。

7、总结

​ 实际上目前很多cpu访存是以小端序的方式，例如典型的risc-v架构的蜂鸟e203。记住大端序与小端序的存储方式其实很容易，只需记住小端序低地址存放数据低位，是一种对应的关系。而大端序的存储与小端序相反

8、引用

1、字节顺序 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

2、Verilog系列：大小端_技术交流_牛客网 (nowcoder.com)

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