ARM體系下浮點(diǎn)數Middle-Endian問(wèn)題的處理

　　隨著(zhù)嵌入式微處理器芯片性能的日益提高，嵌入式設備也得到了廣泛的應用。隨著(zhù)應用的擴展，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)也呈現出功能多樣化、平臺多樣化、體系結構多樣化的特點(diǎn)。

　　由于可移植性好，相當一部分嵌入式軟件都是用C/C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，而C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)的程序中數據存儲字節順序是與編譯平臺所用的CPU相關(guān)的，所以嵌入式軟件移植過(guò)程中，數據存儲字節順序是需要重點(diǎn)處理的地方。

　　在嵌入式GIS軟件從x86體系結構下移植到ARM體系結構的過(guò)程中，遇到了浮點(diǎn)數據存儲字節順序的問(wèn)題。該問(wèn)題既不是Big-Endian，也不是Little-Endian，而是Middle-Endian字節順序。本文先介紹該嵌入式GIS軟件開(kāi)發(fā)平臺和運行平臺，再對移植過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行跟蹤和分析。找到問(wèn)題根源，最終給出兩種解決方案。

　　1 嵌入式GIS軟件

　　嵌入式GIS軟件是用C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，運行在PDA上的嵌入式軟件。該軟件系統結構如圖l所示。

　　在以嵌入式硬件設備為硬件平臺的基礎上，內核版本為2.4.30的嵌入式Linux操作系統和QT/Embedded圖形界面開(kāi)發(fā)包構成了嵌入式GIS軟件的軟件平臺。嵌入式GIS軟件通過(guò)第三方庫GDAL/OGR，提供對多種格式(如Shapefile、mapinfo)等矢量電子地圖的讀取操作。

　　嵌入式GIS軟件的運行平臺是以ARM920T為處理器的三星公司的SMDK開(kāi)發(fā)板。電子地圖數據來(lái)自官方發(fā)布的某區域電子地圖數據。

　　嵌入式GIS軟件在x86上調試通過(guò)后，使用2.95.3版本的arm-linux-gcc編譯器交義編譯嵌入式GIS軟件和其他組件;最終將該軟件移植到SMDK上運行。

　　移植到SMDK開(kāi)發(fā)板上之后，嵌入式GIS軟件能夠正常顯示軟件框架;在讀取Shapefile格式電子地圖時(shí)，進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)。根據debug信息顯示，嵌入式GIS軟件所讀取的Shapefile電子地圖顯示范圍的4個(gè)double類(lèi)型數值，與X86下讀取的數值不一致。例如，Shapefile文件中的數據為-3.383 700，而在ARM平臺下凄出的數值則為7.49530le+68。ARM體系結構下讀出的錯誤數據將導致嵌入式GIS軟件運行時(shí)邏輯出錯，不能正確最示電子地圖。

　　2 Middle-Endian

　　在不同的體系結構之問(wèn)移植嵌入式軟件時(shí)，數據存儲字節順序是需要處理的問(wèn)題之一。

　　提到數據存儲字節順序，就要提到Big-Endian和Little-Endian。在各個(gè)體系結構處理器設計之初，Big-Endian和Little-Endian的分歧就一直存在，它們代表著(zhù)每個(gè)字節在不同體系結構下的不同存儲方式。如圖2所示，數值0x1234ABCD在不同的字節順序下具有不同存儲順序。

　　字節順序的不同，經(jīng)常導致讀取跨平臺的文件數據不一致。針對嵌入式GIS軟件移植過(guò)程中發(fā)生的數據不一致問(wèn)題，對ARM體系結構的字節順序進(jìn)行了測試，方法如下：

　　return(htonl(1)==1)?BIG：LITTLE;

　　測試結果顯示，ARM同x86一樣.采用的是Little-Endian字節順序存儲數據，并不存在Big-Endilan和Lit-tle-Endian之間轉換不當的問(wèn)題。

　　使用簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數據文件模擬x86下的Shapefile 文件。在x86體系結構下，分別在二進(jìn)制文件中寫(xiě)入int、f1oat和double類(lèi)型數據，得到x86下的數據文件。將該數據文件轉移到SMDK開(kāi)發(fā)板上，讀取該數據文件中的數值并打印。

　　測試結果顯示ARM體系結構下讀取x86體系結構下生成的二進(jìn)制文件，int和float類(lèi)型數據與x86體系結構下一致，只有double類(lèi)型數據不一致。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步驗證，將double類(lèi)型數據以十六進(jìn)制形式打印，就可以發(fā)現問(wèn)題的關(guān)鍵，如圖3所示。

　　同樣的double類(lèi)型數據0x1234 ABCD，在A(yíng)RM體系結構下讀出變成0xABCD1234。所以在A(yíng)RM平臺下讀取的地圖數據發(fā)生了變化，導致嵌入式GIS軟件邏輯判斷出錯，不能正確運行。

　　原來(lái)ARM處理器對浮點(diǎn)數double類(lèi)型的存儲不支持IEEE標準，既不是Litrlc-Endian字節順序，也不是Big-Endian字節順序。在A(yíng)RM平臺下，每個(gè)double類(lèi)型分為兩個(gè)字，每個(gè)字內部采用Little Endian字節順序，而兩個(gè)字之間采用Big Endian字節順序組織，即MiddleEndian字節順序。

　　目前還不能通過(guò)硬件或者軟件調節改變ARM體系結構對double類(lèi)型數據的存儲順序，因此，對于類(lèi)似嵌入式GIS軟件這樣需要讀取其他體系結構平臺下生成的二進(jìn)制文件的程序，都需要對double類(lèi)型數據的存儲順序進(jìn)行處理。

　　3 解決方案

　　針對ARM體系結構下double類(lèi)型數據存儲的Middle-Endian問(wèn)題，有兩種解決方案。

　　(1)修改跨體系結構數據文件

　　將跨體系結構文件中的double類(lèi)型數據改成用文本格式存儲。文本格式在跨體系結構的傳輸中不會(huì )改變其存儲格式，從而保證讀取的數據一致。但是嵌入式GIS軟件的數據是官方發(fā)布的數據，很難對其進(jìn)行修改，所以在本軟件中這種方法不適用。

　　(2)應用程序中添加Middle-Endian處理

　　同Little-Endian和Big-Endian的處理類(lèi)似，在底層代碼中，凡是涉及double類(lèi)型的數據讀/寫(xiě)操作，都要事先對double類(lèi)型的數據進(jìn)行調換，以保證double類(lèi)型數據存儲的跨體系結構一致性。

　　嵌入式GIS軟件是通過(guò)調用GDAL/OGR中的shpopen.c文件提供的函數對Shapefile文件進(jìn)行讀/寫(xiě)操作的。所以在shpopen.c文件中添加對Middle-Endian字節順序進(jìn)行判斷的函數void EndianType(void)，代碼如下：

　　通過(guò)對浮點(diǎn)數1.982031在軟件運行平臺下的十六進(jìn)制數值和其在x86下十六進(jìn)制數值的比較，確定該運行平臺是何種字節順序。

　　經(jīng)過(guò)驗證，一旦該平臺采用Middle-Endian字節順序存儲double類(lèi)型數據，則可利用函數“void SwapWord(int length，dout)e*dValue);”對double類(lèi)型數據進(jìn)行交換，以獲取正確的存儲順序。代碼如下：

　　經(jīng)過(guò)修改后的sbpopen.c文件，增加了對ARM體系結構下Middle-Endian字節順序的支持，最終解決了Micidle-Endian的問(wèn)題，能夠正確顯示電子地圖數據。

　　4 小 結

　　本文描述了嵌入式GIS軟件從x86平臺移植到ARM體系結構平臺的過(guò)程中遇到的浮點(diǎn)數存儲字節順序問(wèn)題，并對該問(wèn)題進(jìn)行了詳細分析，最終確定是ARM體系結構下浮點(diǎn)數的Middle-Endian存儲問(wèn)題，并提供了解決方案。希望本文的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗可以對嵌入式GIS軟件開(kāi)發(fā)者提供一些有用的幫助。