【控制器局域网】CAN报文学习笔记(一)之 字节排序

本文介绍了字节排序在通信和计算机系统中的重要性,区分了大端序(MotorolaForwardMSB)和小端序(MotorolaForwardLSB),并以CAN通信和内存地址为例,详细阐述了数据在不同架构下的存储和交换方式。

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前言

  • 在通信和计算机系统中,字节排序是指多字节数据在存储或传输过程中的排列顺序。Motorola Forward MSB(Most Significant Byte)和Motorola Forward LSB(Least Significant Byte)是两种不同的字节排序方式,也称为大端序小端序
  • 不同的处理器和体系结构可能采用不同的字节排序方式。大多数个人计算机和服务器使用小端序,而一些嵌入式系统和网络协议使用大端序。当不同系统之间进行数据交换时,字节序列的一致性变得至关重要,否则可能会导致数据解释错误。在网络通信中,通常会规定字节序列的格式,以确保正确的数据解析。

CAN通信矩阵

CAN是一种在实时嵌入式系统中广泛使用的串行通信协议,常用于连接汽车电子系统中的各种控制单元。在CAN网络中,通信矩阵通常指的是不同的电子控制单元(ECU)之间的通信关系。这种矩阵描述了每个ECU能够与哪些其他ECU进行通信,以及它们之间的通信协议和消息传递。通信矩阵对于确保系统中各个组件之间的有效通信至关重要。

通信矩阵可以包含以下信息:

  1. 通信对象: 每个ECU的身份,表示为节点或模块。
  2. 通信协议: 描述通信所使用的CAN协议的特定参数,例如波特率。
  3. 消息ID: 每个消息的唯一标识符,用于在网络上识别消息。
  4. 允许的通信方向: 描述每个ECU是否可以发送、接收或两者兼而有之。
  5. 数据格式: 描述传输的数据的格式和结构。
内存的高低地址

在计算机系统中,内存的高地址和低地址是指内存单元在地址空间中的位置。计算机系统使用地址来访问内存中的数据,而内存地址通常是按字节为单位递增的。对于一个字长为8个字节的内存单元,其地址通常是以字节为单位递增的。

在一个多字节数据类型(比如8个字节长度的数据)存储在内存中时,通常会采用一种存储模式,即将数据的最低有效字节存储在起始地址,然后依次存储高位字节。这被称为小端序(Little Endian)存储方式。相反,如果将数据的最高有效字节存储在起始地址,然后依次存储低位字节,那么就是大端序(Big Endian)存储方式。

举例说明:

假设一个8字节的数据在内存中的起始地址为0x1000,

那么在小端序中,这个数据的存储顺序如下:

  • 地址0x1000: 低字节(最低有效字节)
  • 地址0x1001: 次低字节
  • 地址0x1002: …
  • 地址0x1007: 高字节(最高有效字节)

而在大端序中,这个数据的存储顺序如下:

  • 地址0x1000: 高字节(最高有效字节)
  • 地址0x1001: …
  • 地址0x1006: 次低字节
  • 地址0x1007: 低字节(最低有效字节)

需要注意的是,不同的计算机架构和处理器可能采用不同的字节序,因此在处理跨平台数据传输时,需要考虑字节序的问题。

高低字节、有效字节、最低(高)有效字节

字节(Byte): 字节是计算机中数据存储的基本单位,通常由8位组成。每个字节可以存储一个字符或者一个小的整数。

高字节和低字节: 在一个多字节数据类型(比如16位、32位、64位等)中,如果采用小端序(Little Endian)存储方式,那么数据的最低有效字节存储在起始地址,最高有效字节存储在末尾地址;反之,如果采用大端序(Big Endian)存储方式,那么最高有效字节存储在起始地址,最低有效字节存储在末尾地址。

有效字节: 对于一个多字节数据类型,有效字节是指包含数据实际值的那些字节。例如,一个16位整数有两个字节,但其中只有两个字节中的内容是表示整数的实际值,这两个字节就是有效字节。

最低有效字节和最高有效字节: 在一个多字节数据中,最低有效字节是指存储数据值中最低位的那个字节,而最高有效字节是指存储数据值中最高位的那个字节。在二进制表示中,最低有效字节包含最右边的位,而最高有效字节包含最左边的位。

现在,以十六进制整数0x23F0为例,这是一个16位整数,采用小端序存储方式:

  • 0x23F0的最低有效字节是0xF0,存储在起始地址。
  • 0x23F0的最高有效字节是0x23,存储在末尾地址。

如果采用大端序存储方式:

  • 0x23F0的最低有效字节是0x23,存储在起始地址。
  • 0x23F0的最高有效字节是0xF0,存储在末尾地址。

Motorola Forward MSB (Big-Endian) 大端序
  • 在大端序中,多字节数据的最高有效字节(Most Significant Byte,MSB)存储在内存的最低地址处,而最低有效字节(Least Significant Byte,LSB)存储在内存的最高地址处。
  • 这意味着整个数据的起始部分是最高有效字节,然后依次是次高有效字节,直到最低有效字节。

例如,对于16位整数0x1234,存储顺序如下:

内存地址: 0x1000   0x1001
数据内容:  0x12     0x34
Motorola Forward LSB (Little-Endian) 小端序
  • 在小端序中,多字节数据的最低有效字节(LSB)存储在内存的最低地址处,而最高有效字节(MSB)存储在内存的最高地址处。
  • 这意味着整个数据的起始部分是最低有效字节,然后依次是次低有效字节,直到最高有效字节。

例如,对于16位整数0x1234,存储顺序如下:

内存地址: 0x1000   0x1001
数据内容:  0x34     0x12

例如,对于16进制整数0xB79

0xB79这个16位的整数的最低有效字节是0x79,它存储在内存的最低地址0x1000处;而最高有效字节是0xB7,它存储在内存的次低地址0x1001处。

内存地址: 0x1000   0x1001
数据内容:  0x79     0xB7
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