Para o iniciante este conceito pode parecer bastante confuso, e até inútil, mas para quem deseja trabalhar com microcontroladores, processadores e principalmente redes a nível de protocolos é fundamental seu entendimento. Big Endian ou Little Endian, qual o impacto na transmissão de dados de um sistema para outro, entre o módulo e o microcontrolador?
Artigo originalmente publicado no site de Carlos Delfino.
O conceito de Big Endian e Little Endian, nomeado simplesmente de Endianess vem da transição dos computadores de médio porte para os microcomputadores, quando estes passaram a endereçar tantos os bits quantos os Bytes de forma diferente. Mas tal problema é principalmente observado quando lidamos com os Bytes, já que pode acarretar o embaralhamento até de texto causando confusão, mas no caso de tratamento numérica pode se tornar a falência total do sistema.
O problema se deu inicio, como já foi dito quando os microcomputadores surgiram, já que estes optaram em trabalhar com o conceito de Little Endian, mas o que é este Endian? porque Big ou Little? bem Endian é um termo cunhado em uma história que faz alusão as disputas politicas e religiosas na Europa, e descrita em uma história de ficção escrita por Jonathan Swift em uma sátira escrita em 1726, Conhecida em português como as Viagens de Gulliver, conta a história, que dois grupos de cidadãos entram em guerra por não concordarem qual o lado certo se deve quebrar o ovo, do lado maior (Big End) ou do lado menor (Little End), com isso uma guerra civil se instala separando os grupos.
Na informática isso não foi muito diferente, não chegamos a uma guerra civil por isso, mas tivemos os sistemas separados em “Big End in” e “Little End in” que define como os bits são transmitidos em algum sistemas, e em outros, apenas quando lidamos com palavras (World/2 bytes, DWorld/4 bytes), seja o microprocessador 8 bits ou maiores.
Nos tempos atuais, não temos muitos problemas relativos a tal modo de endereçamento, porque quase todos os microprocessadores usam o Little Endian para endereçar seus dados, com exceção de alguns como o antigo PowerMAC que usava um PowerPC especial travado para BIG Endian. Os outros computadores que não usam este travamento permitem o chaveamento entre os dois modos no que tange a manipulação dos bytes.
Outras arquiteturas que trabalham com Big Endian são, Motorola 68000 series (incluindo Freescale ColdFire), Xilinx Microblaze, SuperH, IBM z/Architecture, Atmel AVR32 e o Intel 8051 com atenção para instrução LCALL que endereça usando Little Endian.
Mas então, o que é realmente Big Endian e Little Endian?
Como já dito, nada mais é do que a forma que os bytes e bits são endereçados na memória, quando se trata de bytes o Big Endian endereça em uma palavra por exemplo do tipo 2 bytes, o primeiro byte como sendo o endereço menor, e a segunda palavra o endereço seguinte (+1 byte). Ja no Little Endian, o segundo Byte é endereçado primeiro, isso para quem está começando pode causar um certo desconforto, apesar que as linguagens abstraem para nós tal problema, mesmo no C, isso não é percebido, mas podemos vir a ter problemas quando lidamos com ponteiros e até mesmo estruturas de dados (struct), já que o primeiro endereço em um sistema Big Endian, não será a menor parte do número, ou seja a parte menos significante (LSB), mas sim a parte mais significante (MSB).
Vejamos abaixo para entendermos primeiro o conceito de LSB e MSB, que trata a importância do bit ou byte na composição numérica.
LSB representa a parte menos significativa do número ou seja a parte mais a direita. Least Significant bit/Byte.
Já o MSB representa a parte mais significativa, ou seja a parte mais a esquerda do número. Most Significant bit/Byte.
Agora podemos entender melhor o conceito Little Endian e Big Endian, vejamos primeiro a nível de bits do que se trata.
Para o Little Endian a representação numérica em bits, onde o algoritmo de conversão numérico que a maioria de nós está acostumado pode ser facilmente representado na fórmula:
\[\sum_{i=0}^{N-1} b_i \cdot 2^i\]Temos então a seguinte ordenação dos bits para a representação do número 180 em Little Endian, onde o bit menos significativo é tratado como sendo o bit 0 e o bit 7 é o bit mais significativo.
Para o Big Endian os bits mantem sua disposição, porém sua ordem de transmissão inverte, ou seja são endereçados do MSB como sendo o primeiro bit, e o LSB como sendo o último bit, portanto a fórmula de conversão passa a ser:
\[\sum_{i=0}^{N-1} b_i \cdot 2^{(N - 1 - i)}\]
O Conceito Endianess
Em se tratando de bits, o conceito Endianess afeta mais o hardware no que tange o endereçamento de memória, transferência de dados em barramentos, principalmente nos seriais, e operações de manipulação de bits. Já que, principalmente se formos usarmos máscaras do tipo bitwise é preciso saber exatamente a ordem dos bits para não haver enganos fatais.
Vejamos agora como é tratado o conceito endianess quando se trata de bytes, o que afeta mais a manipulação do dado na memória, quando é representado com mais de dois bytes, por exemplo números inteiros e short int em maquinas 32 bits.
As imagem abaixo representam dois números inteiros armazenado na memória de um microcontrolador qualquer que seja do tipo Little Endian, a primeira representa um número de 16bits ou seja um Word, o segundo um número de 32 bits, Double Word (DWord).
Como pode ver o byte mais significativo é armazenado no endereço mais baixo da memória, sendo então acessado primeiramente, e o byte menos significativo é armazenando posteriormente. Na representação o endereço de memória começa a contar em a.
Vejamos agora como o mesmo número fica representado em um sistema Little Endian. Temos a seguir os mesmos números usados na representação anterior, porém agora utilizado o mecanismo Little Endian para armazená-lo.
Houve épocas que tal conflito quando transferindo dados entre computadores que usavam sistemas diferentes (chamdos bytesex), ou seja transmitindo de um sistema Little Endian para um sistema Big Endian a string UNIX, foi identificado como NUXI Problem, ou seja o “problema NUXI”, devido a inversão da String “UNIX”.
Como pode ver a cada par de bytes, haveria uma inversão, de dos dois bytes, causando um certo transtorno.
Um exemplo do formato Little Endian em C
Abaixo estão dois códigos que demonstra como um número inteiro é armazenado na mémoria, o primeiro um número de 16 bits, um típico inteiro, o outro um número de de 32 bits, ou seja um típico inteiro longo.
Neste exemplo mostramos como um inteiro de 2 bytes (16bits) é armazenado na memória em um formato Little Endian:
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#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct DWORD
{
uint8_t a0;
uint8_t a1;
} ;
int main(void)
{
struct DWORD dw;
dw.a0 = 0xDF;
dw.a1 = 0xEA;
printf("Endereço 0: %#X\nEndereço 1: %#X\n: %#X\n", dw.a0, dw.a1);
uint32_t dw1;
memcpy(&dw1, &dw,4);
//dw1 = 2;
printf(" Endereços 1 0\n");
printf("-------------------\n");
printf("Valor Word: %#hX\n", dw1);
return 0;
A seguir um outro exemplo para um inteiro longo de 4 bytes (32 bits), apresentando como é armazenado na memória em um formato Little Endian. Observe as pequenas diferenças no código:
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#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct DWORD
{
uint8_t a0;
uint8_t a1;
uint8_t a2;
uint8_t a3;
} ;
int main(void)
{
struct DWORD dw;
dw.a0 = 0xDF;
dw.a1 = 0xEA;
dw.a2 = 0xAB;
dw.a3 = 0xCF;
printf("Endereço 0: %#X\nEndereço 1: %#X\nEndereço 2: %#X\nEndereço 3: %#X\n", dw.a0, dw.a1, dw.a2, dw.a3);
uint32_t dw1;
memcpy(&dw1, &dw,4);
printf(" Endereços 3 2 1 0\n");
printf("-------------------\n");
printf("Valor DWord: %#lX\n", dw1);
return 0;
}
Outras formas de representação
Há outras formas de representação Endianess formas que misturam convenientemente os dois formatos acima, porém não entraremos em detalhes aqui como são apresentadas e utilizadas.
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