Guaranteeing bit endianness of structs for serial data transmission (SPI)

Question

我正在尝试通过串行外设接口 (SPI) 发送数据，该接口需要一个缓冲区并首先将其 MSbit 发送到数据输出。为了成功，我需要以完全正确的方式将我的结构转换为位缓冲区，我不确定如何保证 cross platform 它始终有效。

这是我要发送的结构：

using data_settings = uint8_t;

enum class channel_settings : uint8_t
{
    power_down_setting = 0,
    DA1,
    DA2,
    DA3,
    DA4,
    DA5,
    DA6,
    DA7,
    DA8,
    power_down_release,
    NA1,
    NA2,
    io_da_select,
    io_serial_parallel,
    io_parallel_serial,
    io_status_setting,
};

struct message // send this over SPI
{
    data_settings data;
    channel_settings channel;
};

如您所见，结构消息的大小为 2 个字节，我想它在大端/小端系统上的布局会有所不同。但是 bit 顺序呢？从理论上讲，无论字节字节顺序如何，这些位也可以以任何一种方式布置，或者不能吗？但是 SPI 驱动程序只接受一种解决方案，即先发送最高有效字节，同时也先发送最高有效位。这是我的想法：

现在我的问题：

• htonl 和 htons 是否也翻转 bit 顺序？
• 在现实生活中真的存在像 big endian with LSbit first 这样的东西吗？还是 byte 排序总是表示 bit 排序？
• 我如何保证跨平台，所讨论的数据结构始终完全正确地放置在位缓冲区中？

Answer 1

在大多数（所有？）处理器中，位排序并不是真正的事情，因为内存是以字节为单位寻址的。看起来好像所有的位都彼此相邻，并且字节堆叠在彼此之上。

例如：

uint8_t c = 13;
bool lsBit = c & 0x01;

lsBit 始终是最低有效位。它在寄存器中的物理存储位置并不重要。因为我们不能像

c[n]

那样解决它以获得第 n 位。
位移相同：

c << 1 

始终与

c*2

相同。

当你这样做时，字节序开始发挥作用：

uint32_t someValue = 123;
uint8_t* smallptr = (uint8_t*) &someValue;
*smallptr == ???

现在我们取一个 32 位值的地址，并将其解释为 8 位值。所以现在我们正在处理地址，因为有 4 个地址指向

someValue

的 4 个字节，而 smallptr 指向哪个，取决于您的字节顺序。

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也就是说，在电线上有一个命令。因此，外围设备（或者驱动程序，如果你是位碰撞）有责任按正确的顺序放置这些位。大多数协议实际上定义了哪一位先行。但是维基百科关于 spi 是这样说的：

数据通常先移出最高有效位。

这似乎没有完全强制执行。

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结构不强制字节排序/打包。所以不保证

sizeof(message)==2

。或者顺序保持不变（尽管这很有可能）。

hacky 的方法是使用

packed

属性。但是你可能会有其他问题：gcc 的 __attribute__((packed)) / #pragma pack 不安全吗？

我认为最合适的方法是编写如下函数：

message::serialize(uint8_t* dest){
  dest[0] = data;
  dest[1] = channel;
}

虽然你很可能会摆脱结构包装。