在ARM上切换字节序

Question

我听说ARM处理器可以在小端和大端之间切换。处理器为什么需要这个功能？它在安卓手机上使用吗？

- Dima Voronetskiy

---

大多数是营销手段。目前仅有非常少的一些基于ARM指令集且默认为大端模式的产品，而即便是大端模式也与您所想的不同，并且在较新的内核上有处理字节交换的指令。使工具链正常工作等方面都很麻烦。 - old_timer

英特尔收购了DEC，可能是为了打压Alpha处理器，但副作用是StrongARM处理器成为XScale处理器，并默认为大端序（该产品线现在由Marvell公司拥有）。当时它是字不变的（BE-32）（来自arm的新核心是BE-8，字节不变，你只能选择其中之一而不能同时具备两者）。那时候很难让工具链（gnu/gcc）正常工作，尽管BE-8更加复杂，但现在更容易了。 - old_timer

新一代的核心有一种指令，可以切换模式并切换回来，以便您可以拥有一个关键部分。在旧的核心中，这是全局设置，您几乎希望使整个系统成为大端模式。 - old_timer

Answer 1

根据处理器的不同，可能可以在运行时切换字节序。旧的处理器将以一种字节序启动，并且预计它们将保持在该状态。在后一种情况下，整个设计通常将被设置为大端或小端之一。

支持混合字节序操作的主要原因是支持网络堆栈，在此堆栈中操纵的基础数据集是本地大端序。这对于交换机/路由器和移动基站非常重要，其中处理器正在运行定义良好的软件堆栈，而不是作为通用应用设备运行。

请注意，在不同的ARM架构中，大端行为有几种不同的实现方式，您需要确切地检查任何特定核心的工作方式。

- Sean Houlihane

Answer 2

没有处理器需要以大端或小端方式运行。原因很简单：你在一种模式下能做的任何事情，在另一种模式下也同样能做到。当然，这通常适用于任何图灵完备计算机，但是通常CPU有指令来反转字内数据。

在ARM中，似乎这个指令被称为rev指令。让我引用Arm的Mali GPU杰出工程师彼得·哈里斯(Peter Harris)的话:

如果你要从内存中加载单个字段，则只需使用小端加载并使用"rev"指令来反转结果——这只是一个额外的指令，速度更快(并且足够小，可以内联，因此避免了函数开销)。

rev指令会颠倒一个字中的字节顺序。虽然像rev这样的指令通常不会颠倒字节内的位顺序，但您可以假定位顺序是固定的（调试字节中的位时通常显示为大端序，例如在查看十六进制表示时）。

请注意，任何超过寄存器容量的数字都应由应用程序正确处理；例如，处理128位的代码不仅需要考虑字节的顺序，还需要考虑2个64位字的顺序。

- Maarten Bodewes

Answer 3

你可以切换字节序，但在操作系统启动后这样做会导致问题。如果你要这样做，你需要在引导过程的早期阶段进行。当你的应用程序运行时，字节序已经被选择并且不会改变。

为什么要这样做？唯一的原因是，如果你正在编写需要处理大量小端数据的嵌入式软件，或者运行一个假定为小端而没有固定为端无关的程序。这种数据通常来自于以其本地字节顺序（x86为小端）编写输出的x86应用程序。除此之外，没有太多其他的理由去这样做。你会发现ARM几乎完全在大端模式下运行。

- Gabe Sechan

---

ARM是小端序，大端序在ARM上是异常情况。 - old_timer

这仅适用于ARMv6，可能也适用于大多数ARMv7。在ARMv8中，字节序是动态的（仅应用于数据侧）。 - Sean Houlihane

这个讨论关于ARM社区如何设置字节序的问题。如果您需要大端序，通常需要在特权模式下运行代码，并且需要重新编译编译器本身。这基本上意味着除非您的处理器在网络产品中拥有一个特定功能（这可能是它仍然存在的原因），否则不建议这样做。Gabe，也许现在是时候重新审查和调整您的答案了？虽然我非常支持大端序，但是否认现实从来都不是一个好主意。 - Maarten Bodewes