內(nèi)存是怎么讀取數(shù)據(jù)的

摘要：你知道內(nèi)存是怎么讀取數(shù)據(jù)的嗎？知道數(shù)據(jù)是怎么一個(gè)一個(gè)字節(jié)發(fā)送的嗎？是低字節(jié)先發(fā)還是高字節(jié)先發(fā)？是bit0先發(fā)還是bit7先發(fā)？是從低地址開(kāi)始讀還是從高地址開(kāi)始讀？看完本篇你應(yīng)該就明白了~

內(nèi)存的讀寫(xiě)永遠(yuǎn)從低地址開(kāi)始讀/寫(xiě)，從低到高！從低到高！從低到高！重要的話說(shuō)三遍

大端模式和小端模式

大端模式和小端是實(shí)際的字節(jié)順序和存儲(chǔ)的地址順序?qū)?yīng)關(guān)系的兩種模式。

大端模式：高位字節(jié)存放在低地址中，低位字節(jié)存放在高地址中。最直觀的字節(jié)序。

小端模式：高位字節(jié)存放在高地址中，低位字節(jié)存放在低地址中。最符合人的思維的字節(jié)序，x86、ARM都這么搞(STM32就是小端模式存儲(chǔ))。

用圖表示更加容易理解。以u(píng)nsigned int value = 0x12345678為例，分別按照大端模式和小端模式存放在芯片中。

再換一種圖示：同樣以u(píng)nsigned int value = 0x12345678為例，分別看看在兩種字節(jié)序下其存儲(chǔ)情況，我們可以用unsigned char buf[4]來(lái)表示value。

百度百科

不管是大端還是小端模式，我們?cè)谧x取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)候一定都是從內(nèi)存的低地址依次向高地址讀取或?qū)懭搿Ａ硗庾⒁?，x86平臺(tái)是小端的，ARM平臺(tái)是小端的，而PowerPC平臺(tái)是大端的。

字節(jié)高低位

一般左邊為高位，右邊為低位(這個(gè)高低來(lái)自于人類(lèi)的閱讀習(xí)慣,數(shù)字從左向右,表示由大到小)

一個(gè)16位(雙字節(jié))的數(shù)據(jù)，比如0xFF12，那么高位字節(jié)就是0xFF，低位是0x12。如果是32位的數(shù)據(jù)，比如0x12345678。高位字(不是字節(jié))是0x1234，低位字是0x5678。

右邊是低位位，左邊是高位(人的閱讀習(xí)慣)

LSB和MSB

最高有效位(most mignificant bit，msb)指的是一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)字中的n-1位，具有最高的權(quán)值2^(n-1)。有時(shí)也指Most Significant Byte(MSB),指多字節(jié)序列中具有最大權(quán)重的字節(jié)。

同理，最低有效位(least significant bit，lsb)和的是一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)字中的0位，具有最低的權(quán)值2^0。有時(shí)也指Least Significant Byte(LSB),指多字節(jié)序列中具有最小權(quán)重的字節(jié)。

所以0x12345678的最高有效字節(jié)就是0x12，最低有效字節(jié)就是0x78，這樣明白了吧！

舉個(gè)栗子

當(dāng)選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)時(shí)，最低有效位(LSB)這一參數(shù)的含義是什么？

對(duì)于一個(gè)12位串行轉(zhuǎn)換器，它會(huì)輸出由1或0組成的12位數(shù)串。通常，轉(zhuǎn)換器首先送出的是最高有效位(MSB)(即LSB + 11)。有些轉(zhuǎn)換器也會(huì)先送出LSB。我們假設(shè)先送出的是MSB，然后依次送出MSB-1 (即 LSB + 10)和MSB -2(即LSB + 9)并依次類(lèi)推。轉(zhuǎn)換器最終送出MSB -11(即LSB)作為位串的末位。

LSB這一術(shù)語(yǔ)有著特定的含義，它表示的是數(shù)字流中的最后一位，也表示組成滿量程輸入范圍的最小單位。對(duì)于12位轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，LSB的值相當(dāng)于模擬信號(hào)滿量程輸入范圍除以2^12 或 4096的商。如果用真實(shí)的數(shù)字來(lái)表示的話，對(duì)于滿量程輸入范圍為4.096V的情況，一個(gè)12位轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)的LSB大小為1mV。但是，將LSB定義為4096個(gè)可能編碼中的一個(gè)編碼對(duì)于我們的理解是有好處的。

截取自某12位ADC芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)

高位先行msb 、低位先行l(wèi)sb

高位先行即在傳輸一個(gè)字節(jié)的時(shí)候先傳輸高位msb；低位先行即在傳輸一個(gè)字節(jié)的時(shí)候先傳輸?shù)臀籰sb。高位先行和低位先行是針對(duì)串行數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)說(shuō)的。常見(jiàn)的串行傳輸方式有串口(UART)、I2C、SPI等。以串口傳輸方式為例，標(biāo)準(zhǔn)的串口傳輸方式是低位先行，芯片在通過(guò)TX引腳發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，依次發(fā)送位0、位1……位7。

串口傳輸是低位先行

UART在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸必須是低位先行，看下面的時(shí)序圖你就知道了~

截圖自STM32F407中文參考手冊(cè)

IIC傳輸是高位先行

IIC的數(shù)據(jù)和地址均以8位字節(jié)傳輸，MSB 在前。從圖中可以清楚地看到：

截圖自STM32F407中文參考手冊(cè)IIC部分

這一點(diǎn)也反映在代碼中，我們隨便找一個(gè)IIC的讀字節(jié)和寫(xiě)字節(jié)的函數(shù)看看：

voidi2c_SendByte(uint8_t_ucByte)
{
uint8_ti;
/*先發(fā)送字節(jié)的高位bit7*/
for(i=0;i

	

	從第7行代碼中可以看到，在發(fā)送一個(gè)字節(jié)時(shí)，首先將要發(fā)送的字節(jié)與0x80進(jìn)行與運(yùn)算，取出最高位，然后循環(huán)左移8次就可以將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送出去了。你有沒(méi)有想過(guò)為什么這里我們不把要發(fā)送的字節(jié)與0x01進(jìn)行與運(yùn)算，取出最低位，然后循環(huán)右移8次也可以將一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送出去呢？

	答：因?yàn)槲覀冋f(shuō)了I2C在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸必須是高位先行，所以你要發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)肯定必須先取出最高位，然后循環(huán)左移將數(shù)據(jù)發(fā)出，如果你與上0x01，就是低位先行，雖然你也將一個(gè)字節(jié)發(fā)出去了，但是你發(fā)的是歪門(mén)邪道的數(shù)據(jù)，人家單片機(jī)也不認(rèn)識(shí)，對(duì)吧？你品，你細(xì)品

	同樣在接收一個(gè)字節(jié)時(shí)，接收到的第1位認(rèn)為是最高位，接收一個(gè)字節(jié)代碼如下：

	
uint8_ti2c_ReadByte(void)
{
uint8_ti;
uint8_tvalue;
/*讀到第1個(gè)bit為數(shù)據(jù)的bit7*/
value=0;
for(i=0;i

	

	所有使用I2C的設(shè)備必須遵循I2C協(xié)議，必須都是高位先行的，這樣才能實(shí)現(xiàn)通用性。怎么樣？是不是又get到了一個(gè)小技巧~

	字節(jié)序、比特序

	字節(jié)序就是串行發(fā)送多字節(jié)時(shí)發(fā)送的順序，比如value=0x12345678，按字節(jié)發(fā)送是0x12、0x34、0x56、0x78順序還是0x78、0x56、0x34、0x12順序。

	同理，比特序在bit層面進(jìn)行排序，如果一個(gè)字節(jié)，指先發(fā)bit0還是bit7， 如果是一個(gè)Word型，先發(fā)bit31還是先發(fā)bit0。串口是lsb優(yōu)先，I2C是msb優(yōu)先，這里的msb、lsb指的是比特序，二進(jìn)制位的位置。

	驗(yàn)證MCU平臺(tái)存儲(chǔ)方式？

	這里以STM32開(kāi)發(fā)單片機(jī)的keil平臺(tái)為例，以下代碼如果打印0x04就是小端存儲(chǔ)，如果0x01則是大端存儲(chǔ)。

	因?yàn)?x04是低字節(jié)，讀取數(shù)據(jù)是從低地址開(kāi)始讀，打印的是data的低地址，所以如果打印出的是0x04就表明低地址存儲(chǔ)低字節(jié)，就為小端存儲(chǔ)。明白了嗎？

	
#include"sys.h"
#include"delay.h"
#include"usart.h"
#include"led.h"
#include"key.h"
#include"lcd.h"
#include"SEGGER_RTT.h"
#include"math.h"

intmain(void)
{
HAL_Init();//初始化HAL庫(kù)
Stm32_Clock_Init(8,336,2,7);//設(shè)置時(shí)鐘,168Mhz
delay_init(168);//初始化延時(shí)函數(shù)
while(1)
{
uint32_tdata=0x01020304;
char*p=(char*)&data;
printf("0x0%x
",*p);//看輸出的是0x01還是0x04
delay_ms(1000);
}
}


	

	編譯、鏈接、下載，通過(guò)RTT查看試驗(yàn)結(jié)果：

	JLink的RTT查看器

	可以看出STM32是小端存儲(chǔ)。

	總結(jié)：內(nèi)存的讀寫(xiě)永遠(yuǎn)從低地址開(kāi)始讀/寫(xiě)。大小端存儲(chǔ)指字節(jié)在內(nèi)存存儲(chǔ)方式，X86、ARM平臺(tái)都是小端存儲(chǔ)(低-低)，MSB/LSB只發(fā)送字節(jié)序或者比特序，串口是比特序LSB，IIC是比特序MSB。也有人將MSB、big-endian、大端發(fā)送都混為一談，這時(shí)候一般指字節(jié)序上MSB。

	原文標(biāo)題：干貨｜一文帶你搞懂內(nèi)存中數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方式

	文章出處：【微信公眾號(hào)：電子工程世界】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

	審核編輯：彭菁