Big Endian 與他們的現狀
===

還記得大一上學期的計算機概論課堂上，老師提到記憶體架構時，講到 word (字組)時不免都會提到的 Big/Little endian 記憶體架構

不過之後就算是寫程式作業其實也不太會用到這方面的知識，一部份是因為作業環境大多都是 x86_64 環境下，就連我們的手機上的 ARM 也有 little-endian 版本的架構，這讓我不禁開始懷疑

### 「Big endian 還活著嗎？ 還是它已經跟南北橋一樣變成歷史名詞了呢？」


Hacker's News 上面在今年初有這樣的一串討論 [Ask HN: Is big-endian dead?](https://news.ycombinator.com/item?id=16187939)
提問人主要觀點跟我觀察到的蠻相近的，

> 請問目前還有在嵌入式市場（或其他特定市場）實際生產的 big-endian 晶片嗎？
> 甚至連 MIPS 與 Power PC 現在也開始支援 little-endian 模式，就連 ARM 目前也近乎只生產 little-endian 的晶片，而 RISC-V 這樣新出現的架構也採用 little-endian 模式

但是第一個回覆以我完全沒想過的角度對現今 big-endian 的使用做出了解釋

> 只要我們還在使用傳統的網路傳輸架構，那麼 big-endian 就不算是真正死亡；畢竟，網路傳輸絕大多數還是使用 "big-endian" 的
> Big-endian 因為在 serialize 資料輸入時更為方便，因此在網路應用裡更加常見 ......

隨後的討論中也有提到「網路封包 Big-endian 傳輸」與「Little-endian 主流 CPU 架構」下的轉換成本問題，似乎目前金融方面的應用已經捨棄在網路傳輸端使用 Big-endian 以減少轉換成本

### 還有哪些現存晶片還願意擁抱 Big-endian 呢？

主要都是嵌入式系統相關，像是 Broadcom 家的 DSP 或是影音處理相關的（跟網路傳輸大多用 Big-endian 同理）

#### Power PC
Power PC 是 IBM 設計的一款精簡指令集（RISC）架構，當初是AIM聯盟（Apple + IBM + Motorola）發展的架構

相關應用的[產品](https://en.wikipedia.org/wiki/PowerPC_applications)有 Apple Mac（不過 Mac 在 2005 之後改用 Intel 家的 CPU），微軟家的 Xbox 360 (2005 ~ 2016)，任天堂的 Wii (2006 ~ 2017)，索尼的 PlayStation 3 (2006 ~ 2017)

不過可以看到上述知名產品到現今已經不採用 Power PC 架構，這可能也是 QEMU 這樣的虛擬機對 PowerPC 的支援生態系發展緩慢的原因

#### MIPS
沒有錯，就是大家計算機概論/ 計算機組織提到組合語言最喜歡被拿來當例子的 MIPS，MIPS 最開始是 Big-endian 設計，不過現今有 MIPSEL 也就是 MIPS 的 little-endian 版本（MIPS-EL 後面的 EL 正好是 **L**ittle **E**ndian 的 little-endian 排列）

MIPS 相關的新聞從 2011 年 DIGITimes [<多線緒行動處理器調變技術與應用>](https://www.digitimes.com.tw/iot/article.asp?cat=130&id=0000229401_4l0336if1rm2bo0ea8fwq) 強調其處理多執行緒能力到最近 2018 EE Times [<MIPS Is Back, With An Eye on AI>](https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1332858) 正面的評論，不過文章中不免提到現今市場大多被 Intel 與 Arm 瓜分（[MIPS之路在何方？](https://www.eettaiwan.com/news/article/20170929NT01-MIPS-Underdog-or-Dead-Horse)）

### 要怎麼模擬 Big-endian machine?

如果今天你需要針對不同 endian 架構設計一個泛用的功能，你要怎麼測試這樣的通用性呢？

你需要一台虛擬機器幫你作測試

網路上還是有文章教導怎麼模擬 big-endian 機器，不過不少文章都有點過時而且很難用

[模仿/模拟C中的大端行为？](https://codeday.me/bug/20181011/304698.html?fbclid=IwAR0jnVQIdFwqlSpUMnWRvVFgFCut0RN5ZS2w-rHYuUH0SLykAtyYEleMjrg)事實上這篇文章只是簡單講一下 [Debian Squeeze and Wheezy mips images for QEMU](https://people.debian.org/~aurel32/qemu/mips/) 裡面檔案怎麼用，裡面就是 qcow2 映像檔跟 debian 的 kernel image，不過沒有自己 boot 有點黑箱一開始並沒有打算用這個

用法非常簡單，只需要
1. qemu-img 建立適當大小的虛擬硬碟
2. qemu-system-mips 執行載下來的 qcow2 映像檔與 qemu kernel image 還要附上虛擬硬碟位置

:::info
### 什麼是 vmlinux ?

在 Linux 系統裡，你可以在 `/boot` 裡面看到 `vmlinuz-[版本號]-generic` 等類似的 kernel 函式庫軟連結（4.4.0-53 大概是 7M 大小）

:::

:::info
### 為什麼改變 big/little endian 需要也跟著改 kernel
:::

[Debian on an emulated MIPS(EL) machine](https://www.aurel32.net/info/debian_mips_qemu.php?fbclid=IwAR3Balrtdjsb1F3iv8kqwT4VXgpX1SxWoojmnNXXUoUpg2sAy1dfH-2cdms) 這篇文章提到怎麼「初始化映像檔，boot with OS iso 與 kernel image」，是非常誘人的，不過不知道為什麼在安裝 debian 時，在找 local mirror 時，要不是沒有提供對應的映像檔，不然就是載了下來發現格式不合（然後映像檔很大我一度以為虛擬機當掉沒反應）

[QEMU 對於 Power PC 模擬的相關文件](https://wiki.qemu.org/Documentation/Platforms/PowerPC)，Power PC 也是主要 Big-endian 的一份子，不過 QEMU 文件提到的安裝方法都要用到 `yaboot` 裝 kernel image，關於 `yaboot` 我在網路上找到的說明大多偏向實體機安裝，虛擬機的相對路徑很明顯應該是不一樣的

### 要怎麼知道電腦是 Little/Big - endian ?
雖然現在主流的系統絕大多數都是 little-endian，不過還是有辦法偵測 endian

如果是在 Linux 系統，可以使用 shell script 判斷

echo -n I | od -to2 | head -n1 | cut -f2 -d" " | cut -c6

如果是 little endian 則應該會回傳 1，如果是 big endian 則應該會回傳 0