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  • 大端模式和小端模式
    2021-12-04 21:59:58

    一、什么是大端和小端

    Big-Endian和Little-Endian的定义如下:

    1. Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
    2. Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。

    举一个例子,比如数字0x12 34 56 78在内存中的表示形式为:

    1)大端模式:

    低地址 -----------------> 高地址
    0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

    2)小端模式:

    低地址 ------------------> 高地址
    0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12
    可见,大端模式和字符串的存储模式类似。

    3)下面是两个具体例子:

    16bit宽的数0x1234在Little-endian模式(以及Big-endian模式)CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址小端模式存放内容大端模式存放内容
    0x40000x340x12
    0x40010x120x34

    32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式以及Big-endian模式)CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址小端模式存放内容大端模式存放内容
    0x40000x780x12
    0x40010x560x34
    0x40020x340x56
    0x40030x120x78

    4)大端小端没有谁优谁劣,各自优势便是对方劣势:

    小端模式 :强制转换数据不需要调整字节内容,1、2、4字节的存储方式一样。
    大端模式 :符号位的判定固定为第一个字节,容易判断正负。

    三、数组在大端小端情况下的存储:

    以unsigned int value = 0x12345678为例,分别看看在两种字节序下其存储情况,我们可以用unsigned char buf[4]来表示value:

    Big-Endian: 低地址存放高位,如下:
    高地址
    ---------------
    buf[3] (0x78) – 低位
    buf[2] (0x56)
    buf[1] (0x34)
    buf[0] (0x12) – 高位
    ---------------
    低地址

    Little-Endian: 低地址存放低位,如下:
    高地址
    ---------------
    buf[3] (0x12) – 高位
    buf[2] (0x34)
    buf[1] (0x56)
    buf[0] (0x78) – 低位
    --------------
    低地址

    四、为什么会有大小端模式之分呢?

    这是因为在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外,还有16bit的short型,32bit的long型(要看具体的编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个16bit的short型x,在内存中的地址为0x0010,x的值为0x1122,那么0x11为高字节,0x22为低字节。对于大端模式,就将0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式,而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

    五、如何判断机器的字节序

    可以编写一个小的测试程序来判断机器的字节序:

    BOOL IsBigEndian()  
    {  
        int a = 0x1234;  
        /*通过将int强制类型转换成char单字节,通过判断起始存储位置。
        即等于 取b等于a的低地址部分*/
        char b =  *(char *)&a;    
        if( b == 0x12)  
        {  
            return TRUE;  
        }  
        return FALSE;  
    }
    

    联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放,利用该特性可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写:

    BOOL IsBigEndian()  
    {  
    	union NUM  
    	{  
    		int a;  
    		char b;  
    	}num;  
    	num.a = 0x1234;  
    	if( num.b == 0x12 )  
    	{  
    		return TRUE;  
    	}  
    	return FALSE;  
    }
    
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  • 大端模式和小端模式

    万次阅读 多人点赞 2018-08-28 17:09:25
    一.概念 大端模式(Big-endian):高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在...例(无论是小端模式还是大端模式。每个字节内部都是按顺序排列): 1)大端模式: 低地址 -----------------> 高地...

     

    一.概念

    大端模式(Big-endian):高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端,即正序排列,高尾端;

    小端模式(Little-endian):低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端,即逆序排列,低尾端;

    例(无论是小端模式还是大端模式。每个字节内部都是按顺序排列):

    1)大端模式:

    低地址 -----------------> 高地址

    0x0A  |  0x0B  |  0x0C  |  0x0D

    2)小端模式:

    低地址 ------------------> 高地址

    0x0D  |  0x0C  |  0x0B  |  0x0A

    3)下面是两个具体例子:

    16bit宽的数0x1234在两种模式CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址小端模式存放内容大端模式存放内容
    0x40000x340x12
    0x40010x120x34

    32bit宽的数0x12345678在两种模式CPU内存中的存放方式(假设从地址0x4000开始存放)为:

    内存地址小端模式存放内容大端模式存放内容
    0x40000x780x12
    0x40010x560x34
    0x40020x340x56
    0x40030x120x78

    4)大端小端没有谁优谁劣,各自优势便是对方劣势:

    小端模式 :强制转换数据不需要调整字节内容,1、2、4字节的存储方式一样。
    大端模式 :符号位的判定固定为第一个字节,容易判断正负。

    二、数组在大端小端模式下的存储:

    以unsigned int num = 0x12345678为例,分别看看在两种字节序下其存储情况,我们可以用unsigned char buf[4]来表示num:
    Big-Endian: 低地址存放高位,如下:

    低地址

    ---------------

    buf[0] (0x12) -- 高位 

    buf[1] (0x34)

    buf[2] (0x56)

    buf[3] (0x78) -- 低位

    ---------------
    高地址
     
    Little-Endian: 低地址存放低位,如下:

    低地址

    ---------------

    buf[0] (0x78) -- 低位

    buf[1] (0x56)

    buf[2] (0x34)

    buf[3] (0x12) -- 高位

    --------------

    高地址

    三、为什么会有大小端模式之分呢?

           这是因为在计算机中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着一个字节,一个字节为 8 bit。但是在C 语言中除了 8 bit 的char之外,还有 16 bit 的 short型,32bit的long型(要看具体的编译器),另外,对于位数大于8位的处理器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度大于一个字节,那么必然存在着如果将多个字节安排的问题。大端存储模式和小端存储模式也就应运而生。例如一个16bit的short型 x ,在内存中的地址为 0x0010,x 的值为0x1122,那么0x11位高字节,0x22位低字节。对于大端模式,就将0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式,而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

    四、如何判断机器的字节序 (重点)

    一般都是通过 union 来测试的,下面这段代码可以用来测试一下你的编译器是大端模式还是小端模式:

    #include <stdio.h>
    
    int main (void)
    {
    union{
    short i;
    char a[2];
    }u;//联合体u
    
    u.a[0] = 0x11;
    u.a[1] = 0x22;
    
    printf ("0x%x\n", u.i); //0x2211 为小端 0x1122 为大端
    return 0;
    }
    
    输出结果:
    0x2211

          union 型数据所占的空间等于其最大的成员所占的空间。对 union 型的成员的存取都是相对于该联合体基地址的偏移量为 0 处开始,也就是联合体的访问不论对哪个变量的存取都是从 union 的首地址位置开始

         联合是一个在同一个存储空间里存储不同类型数据的数据类型。这些存储区的地址都是一样的,联合里不同存储区的内存是重叠的,修改了任何一个其他的会受影响。那么通过强制类型转换,判断其实存储位置,也可以测试大小端了:

    #include <stdio.h>
    
    int main (void)
    {
    short i = 0x1122;
    char *a = (char*)(&i);
    
    printf ("0x%x\n", *(a + 0)); //大端为 0x11 小端为 0x22
    printf ("0x%x\n", *(a + 1));
    return 0;
    }
    
    输出结果:
    0x22
    0x11

    五、常见的字节序

    一般操作系统都是小端,而通讯协议是大端的。

    1)常见CPU的字节序

    Big Endian : PowerPC、IBM、Sun
    Little Endian : x86、DEC
    ARM既可以工作在大端模式,也可以工作在小端模式。

    2)常见文件的字节序

    Adobe PS – Big Endian
    BMP – Little Endian
    DXF(AutoCAD) – Variable
    GIF – Little Endian
    JPEG – Big Endian
    MacPaint – Big Endian
    RTF – Little Endian

    另外,Java和所有的网络通讯协议都是使用Big-Endian的编码。

    六、如何进行大小端转换(重点)

    第一种方法:位操作

    #include<stdio.h>
    typedef unsigned int uint_32 ;
    typedef unsigned short uint_16 ;
    
    //16位
    #define BSWAP_16(x) \
    (uint_16)((((uint_16)(x) & 0x00ff) << 8) | \ (((uint_16)(x) & 0xff00) >> 8) \)
    
    //32位
    #define BSWAP_32(x) \
    (uint_32)((((uint_32)(x) & 0xff000000) >> 24) | \ (((uint_32)(x) & 0x00ff0000) >> 8) | \
    (((uint_32)(x) & 0x0000ff00) << 8) | \ (((uint_32)(x) & 0x000000ff) << 24) \)
    
    //无符号整型16位
    uint_16 bswap_16(uint_16 x)
    {
      return (((uint_16)(x) & 0x00ff) << 8) | \ (((uint_16)(x) & 0xff00) >> 8) ;
    }
    
    //无符号整型32位
    uint_32 bswap_32(uint_32 x)
    {
      return (((uint_32)(x) & 0xff000000) >> 24) | \ (((uint_32)(x) & 0x00ff0000) >> 8) | \
      (((uint_32)(x) & 0x0000ff00) << 8) | \ (((uint_32)(x) & 0x000000ff) << 24) ;
    }
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
     printf("------------带参宏-------------\n");
     printf("%#x\n",BSWAP_16(0x1234)) ;
     printf("%#x\n",BSWAP_32(0x12345678));
     printf("------------函数调用-----------\n");
     printf("%#x\n",bswap_16(0x1234)) ;
     printf("%#x\n",bswap_32(0x12345678));
     return 0 ;
    }
    
    输出结果:
    ------------带参宏-------------
    0x3412
    0x78563412
    ------------函数调用-----------
    0x3412
    0x78563412

    这里有个思考?上面的哪个是转换为大端,哪个是转为小端了呢?

    举个例子,比如数字 0x12 34 56 78在内存中的表示形式为:

    1)大端模式:

    低地址 -----------------> 高地址

    0x12  |  0x34  |  0x56  |  0x78

    2)小端模式:

    低地址 ------------------> 高地址

    0x78  |  0x56  |  0x34  |  0x12

    则:

    转换为大端:

    pPack[2] = (u8)((len >> 8) & 0xFF);
    pPack[3] = (u8)(len & 0xFF);

    转为为小端:

    pPack[2] = (u8)(len & 0xFF);

    pPack[3] =  (u8)((len >> 8) & 0xFF);

     

    第二种方法:从软件的角度理解端模式,使用 htonl, htons, ntohl, ntohs 等函数

    参看:百度百科--htonl ()函数

    参看:百度百科--htons ()函数

    查看:man htonl

    NAME
    htonl, htons, ntohl, ntohs - convert values between host and network byte order
    SYNOPSIS
    #include <arpa/inet.h>
    
    uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
    uint16_t htons(uint16_t hostshort);
    uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
    uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
    
    DESCRIPTION
    The htonl() function converts the unsigned integer hostlong from host byte order to network byte order.
    
    The htons() function converts the unsigned short integer hostshort from host byte order to network byte order.
    
    The ntohl() function converts the unsigned integer netlong from network byte order to host byte order.
    
    The ntohs() function converts the unsigned short integer netshort from network byte order to host byte order.
    
    On the i386 the host byte order is Least Significant Byte first, whereas the network byte order, as used on the Internet, is Most
    
    Significant Byte first.

    解释

    htonl()     //32位无符号整型的主机字节顺序到网络字节顺序的转换(小端->>大端)
    htons() 
        //16位无符号短整型的主机字节顺序到网络字节顺序的转换  (小端->>大端)
    ntohl()     //32位无符号整型的网络字节顺序到主机字节顺序的转换  (大端->>小端)
    ntohs()     //16位无符号短整型的网络字节顺序到主机字节顺序的转换  (大端->>小端)

    注,主机字节顺序,X86一般多为小端(little-endian),网络字节顺序,即大端(big-endian);

    举两个小例子:

    //示例一
    
    #include <stdio.h>
    #icnlude <arpa/inet.h>
    
    int main (void){
      union{
        short i;
        char a[2];
      }u;
       u.a[0] = 0x11;
    
       u.a[1] = 0x22;
    
       printf ("0x%x\n", u.i); //0x2211 为小端 0x1122 为大端
       printf ("0x%.x\n", htons (u.i)); //大小端转换
       return 0;
    }
    
    输出结果:
    0x2211
    0x1122
    //示例二
    
    #include <stdio.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    struct ST{
    short val1;
    short val2;
    };
    
    union U{
    int val;
    struct ST st;
    };
    
    int main(void)
    {
    int a = 0;
    union U u1, u2;
    a = 0x12345678;
    u1.val = a;
    
    printf("u1.val is 0x%x\n", u1.val);
    printf("val1 is 0x%x\n", u1.st.val1);
    printf("val2 is 0x%x\n", u1.st.val2);
    printf("after first convert is: 0x%x\n", htonl(u1.val));
    
    u2.st.val2 = htons(u1.st.val1);
    u2.st.val1 = htons(u1.st.val2);
    printf("after second convert is: 0x%x\n", u2.val);
    return 0;
    }
    
    输出结果:
    u1.val is 0x12345678
    val1 is 0x5678
    val2 is 0x1234
    after first convert is: 0x78563412
    after second convert is: 0x78563412
    
    

            在对普通文件进行处理也需要考虑端模式问题。在大端模式的处理器下对文件的32,16位读写操作所得到的结果与小端模式的处理器不同。单纯从软件的角度理解上远远不能真正理解大小端模式的区别。事实上,真正的理解大小端模式的区别,必须要从系统的角度,从指令集,寄存器和数据总线上深入理解,大小端模式的区别。 

    七.验证当前机器系统的存储方式是大端还是小端

    #include <stdio.h>
    #include <conio.h>
    union Test {
    	short num;
    	char c[sizeof(short)];
    };
    int main()
    {
    	union Test t;
    	t.num = 0x0102;
    	if (t.c[0] == 1 && t.c[1] == 2)
    		printf("大端!\n");
    	else if (t.c[0] == 2 && t.c[1] == 1)
    		printf("小端!\n");
    	else
    		printf("未知!\n");
    	getchar();
        //system("PAUSE"); C函数,C++中需包含头文件#include<stdlib.h>
    	return 0;
    }

     

    展开全文
  • Danny Cohen一位网络协议的开创者,第一次使用这两个术语指代字节顺序,后来就被大家广泛接受。
  • 大端模式和小端是实际的字节顺序和存储的地址顺序对应关系的两种模式,总结如下: 大端模式:低地址对应高字节 小端模式:低地址对应低字节 不管是大端还是小端模式,我们在读取和存储数据的时候一定都是从内存的低...

    1、大端和小端核心是什么?

    大端模式和小端是实际的字节顺序和存储的地址顺序对应关系的两种模式,总结如下:
    大端模式:低地址对应高字节
    小端模式:低地址对应低字节

    不管是大端还是小端模式,我们在读取和存储数据的时候一定都是从内存的低地址依次向高地址读取或写入。

    2、什么是存储顺序?

    打个比方,我们定义一个数组,char array[5] = {0,1,2,3,4};
    数组存储的内存分布如下:
    在这里插入图片描述
    不管是写还是读,我们都是只要根据这个首地址就能找到我们想要的元素内容,从这一点上讲,在存储的时候,我们依次去存储0、1、2、3、4。在读取的时候,我们也是从array[0]开始,依次读取0、1、2、3、4。

    3、大端模式向小端模式发送数据

    有了数据按照字节依次由低往高读取或存储这个前提,下面举例说明大端和小端的区别。
    假设A要发送四字节的数据给B,
    A的存储是按照大端模式,B的存储模式为小端模式。
    A的存储1234内存分布如下图
    在这里插入图片描述
    因为A存储是按照大端模式,依据低地址对应高字节的规律,那么A要发送值int Value_A = 0x12345678。

    Value_A将会由低地址依次发送给B,这里为什么是低地址,因为发送的开始,就是去读取数据,读取数据一定是从低地址开始读取得,那么B依次接收的值为0x12,0x34,0x560,x78。

    B将接收到的值存储在如下图的内存中,存储的时候也是按照低地址往高地址开始依次存储
    在这里插入图片描述
    B接收完毕后,需要将内存中的值读取到Value_B中来,那么Value_B的值是多少呢?
    B的存储是按照小端模式存储,低地址对应的低字节,那么int Value_B = 0x78563412
    这里可能很多人会有疑问?不是读取是按照低地址从高地址依次读取的吗?为什么相同的存储,读出来的值却不一样了?

    这里就是关键了。在读取0x12出来后,系统设定的模式是低地址对应低字节,我们的Value_B是int类型,是四个字节的数据,展示在我们面前的数据,一定是从左到右字节的顺序依次降低的,所以将0x12放在最低的字节,如下图。
    在这里插入图片描述
    即Value_B = 0x78563412;
    Value_A 不等于Value_B,这就是为什么我们在网络通信的时候一定要进行字节序和确认了,必须保证A和B的字节序相同,如果不同,就需要使用字节序的转换函数。

    4、字节序转换函数

    1、htons 把unsigned short类型从主机序转换到网络序(host to network short)
    2、htonl 把unsigned long类型从主机序转换到网络序(host to network long)
    3、ntohs 把unsigned short类型从网络序转换到主机序(network to host short)
    4、ntohl 把unsigned long类型从网络序转换到主机序(network to host long)
    

    主机字节序一般都是小端(绝大多数,少部分也是大端存储的),网络字节序是大端存储的。

    小端转大端方法1

    UINT32  LE2BE(UINT8* dat, UINT8   len)
    {
    	UINT32  temp = 0, fact = 1;
    	UINT8     i = 0;
    	for (i = 0; i < len; i++)
    	{
    		temp += dat[i] * fact;
    		fact *= 256;
    	}
    	return temp;
    }
    

    这段程序是什么意思呢?
    我们还是举例说明。
    在上面的案例中,如果B要给A发送int test_B = 0x12345678,B的存储就是小端模式,B要将0x12345678正确的发送给A,那么按照上面的发送和接收,A是不会接收到0x12345678的。
    A会依次接收到0x78,0x56,0x34,0x12,不经过转换,低地址对应高字节,test_A = 0x78563412。
    这里就需要按照上面进行转换。
    上面的程序意图如下:

    temp = 0x78*1 + 0x56*256 + 0x34 * 256*256 + 0x12*256*256*256
         = 120+22016+3407872+301989888
         = 305419896
         = 0x12345678
    

    经过转换,A获取的值就是temp值,也就是B传送过来的值了。
    看到这里,就算是把大端和小端的问题说明白了,实际上的问题核心就是一个是字节顺序,一个存储顺序。

    小端转大端方法2

    #include <stdio.h>
    
    union endian//共用体(联合体)
    {
    	char a[4];
    	int b;
    }big;
    
    //把int类型数据从小端序转成大端序
    int big_endian(int n)
    {
    	char temp;
    	big.b = n;
    	//第1字节与第4字节交换
    	temp = big.a[0];
    	big.a[0] = big.a[3];
    	big.a[3] = temp;
    
    	//第2字节与第3字节交换
    	temp = big.a[1];
    	big.a[1] = big.a[2];
    	big.a[2] = temp;
    	return big.b;
    }
    
    void main()
    {
    	int n = 0x12345678;
    	printf("小端序:%#x\n", n);
    	n = big_endian(n);
    	printf("大端序:%#x\n", n);
    }
    

    小端转大端方法3

    #include <stdio.h>
     
    //把int类型数据从小端序转成大端序
    void main()
    {
    	int n=0x12345678;
    	char *p=(char *)&n;
    	printf("小端序:%#x\n",n);
    	n=(*p)<<24|(*(p+1))<<16|(*(p+2))<<8|(*(p+3));
    	printf("大端序:%#x\n",n);
    }
    

    如何判断机器的字节序1

    #include <stdio.h>
    int main (void)
    {
    	union
    	{
    		short i;
    		char a[2];
    	}u;
    	u.a[0] = 0x11;
    	u.a[1] = 0x22;
    	printf ("0x%x\n", u.i);  //0x2211 为小端  0x1122 为大端
    	return 0;
    }
    输出结果:
    0x2211
    

    union 型数据所占的空间等于其最大的成员所占的空间。对 union 型的成员的存取都是相对于该联合体基地址的偏移量为 0 处开始,也就是联合体的访问不论对哪个变量的存取都是从 union 的首地址位置开始。
    联合是一个在同一个存储空间里存储不同类型数据的数据类型。这些存储区的地址都是一样的,联合里不同存储区的内存是重叠的,修改了任何一个其他的会受影响。

    如何判断机器的字节序2

    在这里插入图片描述

    如何判断机器的字节序3

    在这里插入图片描述

    展开全文
  • 大端模式和小端模式的转换

    1 . 1 大小端模式的概念

    大端模式,是指数据的高字节保存在内存的低地址中,而数据的低字节保存在内存的高地址中,这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理:地址由小向大增加,数据从高位往低位放;这和我们的阅读习惯一致。
    小端模式,是指数据的高字节保存在内存的高地址中,而数据的低字节保存在内存的低地址中,这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来,高地址部分权值高,低地址部分权值低

    1.2 举例说明

    以存储存储0x12345678为例,reg[7:0] buf[3:0]的寄存器。
    在大端模式下则存储数据的是低地址存放高字节,高地址存放低字节。
    低地址

    buf[0] (0x12) – 高位字节
    buf[1] (0x34)
    buf[2] (0x56)
    buf[3] (0x78) – 低位字节

    在小端模式下则存储数据的是高地址存放高字节,低地址存放低字节。
    低地址

    buf[0] (0x78) – 低位字节
    buf[1] (0x56)
    buf[2] (0x34)
    buf[3] (0x12) – 高位字节
    在这里插入图片描述

    我们常用的X86结构是小端模式,而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM,DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以随时在程序中(在ARM Cortex 系列使用REV、REV16、REVSH指令 [1] )进行大小端的切换

    1.3 verilog 代码的实现

    // 实现大端模式到小端模式的转换
    // eg; input 6'b010101 output 6'b101010
    //
    module endian_rvs(date,en,out);
    	parameter N = 6;
    	input [N-1:0] date;
    	input en;
    	output [N-1:0] out;
    	reg [N-1:0] out;
    
    	always @(*) begin
    		if(en)
    			out = date_rvs(date);
    		else
    			out = 0;
    	end
    
    	function [N-1:0] date_rvs;
    
    		input[N-1:0] date_in;
    		integer i;
    		for(i=0;i<=N;i=i+1)begin
    			date_rvs[N-1-i] = date_in[i];
    		end
    	endfunction
    	
    	
    endmodule
    

    // testbench

    module endian_rvs_tb;
    	reg[5:0] date_in;
    	reg en;
    	wire[5:0] out;
    	
    	endian_rvs U1(.date(date_in),.en(en),.out(out));
    
    	initial begin
    		en = 0;
    		#5;
    		en = 1;
    		date_in = 6'b001010;
    	        #5;
    		date_in = 6'b010100;
    		#5; 
    		en = 0;
    		$finish;
    			
    	end
    
    	initial begin
    	`ifdef DUMP_VPD
    		$vcdpluson();
    	`endif
    	end
    
    endmodule
    
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