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ARM体系下浮点数Middle-Endian问题的处理

更新日期:2007-11-12  作者:  来源:光学精密机械网(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

来源:单片机嵌入式系统应用 作者:国防科学技术大学 徐莉伟 黎铁军

随着嵌入式微处理器芯片?#38405;?#30340;日益提高,嵌入式设备也得到了广泛的应用。随着应用的扩展,嵌入式软件开发也呈现出功能多样化、?#25945;?#22810;样化、体系结构多样化的特点。

由于可移植性好,相当一部分嵌入式软件都是用C/C++语言开发的,而C/C++语言编写的程序中数据存储字节顺序是与编译?#25945;?#25152;用的CPU相关的,所以嵌入式软件移植过程中,数据存储字节顺序是需要重点处理的地方。

嵌入式GIS软件从x86体系结构下移植到ARM体系结构的过程中,遇到了浮点数据存储字节顺序的问题。该问题既不是Big-Endian,也不是Little-Endian,而是Middle-Endian字节顺序。本文先介绍该嵌入式GIS软件开发?#25945;?#21644;运行?#25945;ǎ?#20877;对移植过程中遇到的问题进行跟踪和分析。?#19994;?#38382;题根源,最终给出两种解决方?#28014;?

1 嵌入式GIS软件
嵌入式GIS软件是用C++语言开发的,运行在PDA?#31995;?a href='http://www.chram.tw/elec_article/7' target=_blank>嵌入式软件。该软件系统结构如图l所示。



在以嵌入?#25509;?#20214;设备为硬件?#25945;?#30340;基础上,内核版本为2.4.30的嵌入式Linux操作系统和QT/Embedded图形界面开发包构成了嵌入式GIS软件的软件?#25945;ā?a href='http://www.chram.tw/elec_article/7' target=_blank>嵌入式GIS软件通过第三方库GDAL/OGR,提供对多种格式(如Shapefile、mapinfo)等矢量电子地图的读取操作。
嵌入式GIS软件的运行?#25945;?#26159;以ARM920T为处理器的三星公司的SMDK开发板。电子地图数据来自官方发布的某区域电子地图数据。
嵌入式GIS软件在x86?#31995;?#35797;通过后,使用2.95.3版本的arm-linux-gcc编译器交义编译嵌入式GIS软件和其他组件;最终将该软件移植到SMDK上运行。
移植到SMDK开发板?#29616;?#21518;,嵌入式GIS软件能够正常显示软件框架;在读取Shapefile格式电子地图时,进入死循环状态。根据debug信息显示嵌入式GIS软件所读取的Shapefile电子地图显示范围的4个double类型数值,与X86下读取的数值不一致。例如,Shapefile文件中的数据为-3.383 700,而在ARM?#25945;?#19979;凄出的数值则为7.49530le+68。ARM体系结构下读出的错误数据将导致嵌入式GIS软件运行时逻辑出错,不能正确最示电子地图。



2 Middle-Endian
在不同的体系结构之问移植嵌入式软件时,数据存储字节顺序是需要处理的问题之一。
提到数据存储字节顺序,就要提到Big-Endian和Little-Endian。在各个体系结构处理器设计之初,Big-Endian和Little-Endian的?#21046;?#23601;一直存在,它们代表着每个字节在不同体系结构下的不同存储方式。如图2所示,数值0x1234ABCD在不同的字节顺序下具有不同存储顺序。



字节顺序的不同,经常导致读取跨?#25945;?#30340;文件数据不一致。针对嵌入式GIS软件移植过程中发生的数据不一致问题,对ARM体系结构的字节顺序进行了测试,方法如下:
return(htonl(1)==1)?BIG:LITTLE;
测试结果显示ARM同x86一样.采用的是Little-Endian字节顺序存储数据,并不存在Big-Endilan和Lit-tle-Endian之间转换不当的问题。
使用简单的二进制数据文件模拟x86下的Shapefile文件。在x86体系结构下,分别在二进制文件中写入int、f1oat和double类型数据,得到x86下的数据文件。将该数据文件转移到SMDK开发板上,读取该数据文件中的数值并打印。
测试结果显示ARM体系结构下读取x86体系结构下生成的二进制文件,int和float类型数据与x86体系结构下一致,只有double类型数据不一致。经过进一步验证,将double类型数据以十六进制?#38382;?#25171;印,就可以发现问题的关键,如图3所示。



同样的double类型数据0x1234 ABCD,在ARM体系结构下读出变成0xABCD1234。所以在ARM?#25945;?#19979;读取的地图数据发生了变化,导致嵌入式GIS软件逻辑判断出错,不能正确运行。
原来ARM处理器对浮点数double类型的存储不支持IEEE标准,既不是Litrlc-Endian字节顺序,也不是Big-Endian字节顺序。在ARM?#25945;?#19979;,每个double类型分为两个字,每个字内部采用Little Endian字节顺序,而两个字之间采用Big Endian字节顺序组织,即MiddleEndian字节顺序。
目前还不能通过硬件或者软件调节改变ARM体系结构对double类型数据的存储顺序,因此,对于类似嵌入式GIS软件这样需要读取其他体系结构?#25945;?#19979;生成的二进制文件的程序,都需要对double类型数据的存储顺序进行处理。



3 解决方案
针对ARM体系结构下double类型数据存储的Middle-Endian问题,有两种解决方?#28014;?BR>(1)修?#30446;?#20307;系结构数据文件
将跨体系结构文件中的double类型数据改成用文本格式存储。文本格式在跨体系结构的传输中不会改变其存储格式,从而保证读取的数据一致。但是嵌入式GIS软件的数据是官方发布的数据,很?#35759;?#20854;进行修?#27169;?#25152;以在本软件中这种方法不适用。
(2)应用程序中添加Middle-Endian处理
同Little-Endian和Big-Endian的处理类似,在底层代码中,凡是涉及double类型的数据读/写操作,都要事先对double类型的数据进?#26800;?#25442;,以保证double类型数据存储的跨体系结构一致性。
嵌入式GIS软件是通过调用GDAL/OGR中的shpopen.c文件提供的函数对Shapefile文件进行读/写操作的。所以在shpopen.c文件中添加对Middle-Endian字节顺序进?#20449;卸系?#20989;数void EndianType(void),代码如下:



通过对浮点数1.982031在软件运行?#25945;?#19979;的十六进制数值和其在x86下十六进制数值的比较,?#33539;?#35813;运行?#25945;?#26159;何种字节顺序。
经过验证,一旦该?#25945;?#37319;用Middle-Endian字节顺序存储double类型数据,则可利用函数“void SwapWord(int length,dout)e*dValue);”对double类型数据进行交换,以获取正确的存储顺序。代码如下:



经过修改后的sbpopen.c文件,增加了对ARM体系结构下Middle-Endian字节顺序的支持,最终解决了Micidle-Endian的问题,能够正确显示电子地图数据。


4 小 结
本文描述了嵌入式GIS软件从x86?#25945;?#31227;植到ARM体系结构?#25945;?#30340;过程中遇到的浮点数存储字节顺序问题,并对该问题进行了详细分析,最终?#33539;?#26159;ARM体系结构下浮点数的Middle-Endian存储问题,并提供了解决方?#28014;?#24076;望本文的开发经验可以对嵌入式GIS软件开发者提供一些有用的帮助。

 etyjtykjuy
 
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