定制ARM For Linux 交叉编译工具

定制ARM For Linux 交叉编译工具

作者：王卫无，北京讯业互联科技有限公司
1、 ToolChain 简介

ToolChain 包含许多部件：主要之一是GCC，它可以是本机编译工具或交叉编译工具，GCC由Binuitls工具支持，Binutils是二进制代码维护工具，这些 部件是编译程序的必要工具，同时他们也需要C库（glibc）支持。认真考虑一下：定制一套编译工具并不是想像中的易事！如果你还想继续看下去，必须具备 如下技能：

    熟悉Linux环境
    熟悉Linux的必要命令和工具的使用
    知道如何配置、编译核心和应用程序


以下章节将介绍怎样定制ARM交叉编译工具集，但对于大多数ARM开发者来说，没有必要亲自做这件事，完全可以用现成的工具集。除非现成的工具集不满足你的使用要求，或者你想提高开发应用的能力。总之，我们强烈建议你使用现成稳定的工具集来做应用开发！

2、 定制ToolChain

首先来看看工作的大至步骤：

    决定目标的名称
    决定目标的存放位置
    编译、安装Binutils
    编译、安装GCC
    编译、安装GLIBC
    让交叉编译工具支持更多编译语言
    测试定制的交叉编译工具

2.1、决定目标的名称

本机编译工具集编译的代码只适用本机（大多数PC是X86）运行，对于ARM开发者来说，需要一个能在本机编译、但编译却生成ARM运行代码的一套交叉编译工具集。
因此，选择一个与本机工具集相异的特定含义的目标名称是非常有必要的。

arm-linux：是个比较受欢迎的名称，支持ELF格式（ARMLinux标准）。除Acorn用户使用老的a.out格式外。

arm-linuxaout：选择a.out格式，ARMLinux基本不支持它了。

arm-aout、arm-coff、arm-elf、arm-thumb：其它的格式名。

你也可以在其中插入版本信息，比如：

armv2：ARMV2核，支持26bit模式。

armv3l、armv3b：ARMV3核，小字节（l）或大字节（b）模式。

armv4l、armv4b：ARMV4核，如：StrongARM、ARM7TDMI、ARM8、ARM9。同样也支持小字节（l）或大字节（b）模式。

armv5l、armv5b：ARMV5核，如：XScale核ARM10。同样也支持小字节（l）或大字节（b）模式。

选择什么名称对定制ARM交叉编译工具集没太大的影响，但用大家常用的名称会比较好些。

2.2、决定目标的存放位置

既然是定制ARM交叉编译工具集，那么就不能覆盖本机的编译工具集（否则,本机将不能再编译本机运行代码！），同时还要考虑本机Linux环境的多用户、多任务特征。因此，选择一个与本机编译工具集不同的多用户共享位置是必要的。

ARM交叉编译工具集的存放位置：在本文中，我们让它等于/usr/local/arm
        （本机编译工具集的存放位置通常在/usr或/usr/local）

ARM交叉编译工具集的名称：在本文中，我们让它等于 arm-pc-linux，表示在本
         地pc上编译，生成的是ARM指令代码（详细规则见glibc的README文件）。
        （本机编译工具集名称通常是: i686-pc-linux-gnu，表示在本地pc上编译，
          生成的是i686指令代码）

ARM核心文件位置：本文中我们让它等于 ~/armlinux 。不过，~/armlinux在这里仅
                 是个联接而已，它指向真正ARM核心源代码位置（见2.4.1描述）。
                 （本机核心存放位置通常在/usr/src/linux）

2.3、编译、安装Binutils

它是GNU（ftp://ftp.gnu.org）工具之一，主要是二进制代码的处理维护工具。

2.3.1、Binutils工具部件简介

add2line：将地址转换成文件名或行号对，以便调试程序。

ar：从体系文件中创建、修改、扩展程序代码。

as：生成汇编程序代码。

c++filt：建立低级语言和用户级语言的名称符号联接，并保持它们的相互关系。

gasp：汇编宏处理器。

ld：目标代码联接，联接各目标代码块，它是生成可执行代码的最终步骤。

nm：从目标代码文件中枚举所有调试符号名。

objcopy：使用GNU BSD库，把目标代码从一文件格试拷贝成另一种格试。

objdump：显示目标文件信息。

readelf：显示elf文件信息。

ranlib：生成索引以加快对归档文件的访问。

size：列出目标模块或文件的代码尺寸。

strings：打印可打印的目标代码字符（至少4个字符），打印字符多少可以控制。对
         于其它格试的文件，打印字符串。

strip：放弃所有符号联接。

2.3.2、Binutils的配置和编译安装

tar -jxvf binutils-2.16.1.tar.bz2 -C ~
cd ~/binutils-2.16.1

make clean
make distclean

./configure --target=arm-pc-linux   --prefix=/usr/local/arm

make
make install

如果安装成功（通常都不会有问题），进入下一步：GCC

2.4、编译、安装GCC

    它是GNU（）工具之一，是主要的编译处理工具。

2.4.1 ARM核心头文件

     对于本机的编译工具集，通常核心头文件已经安装在/usr/src/linux/include，或被gcc拷贝到搜寻路径内。但对于ARM交叉编译工具 集，可能还没有（除非在此前已经安装过），由其是第一次定制。所以，我们需要提取ARM核心头文件。这里我们使用面向AT91RM9200的核心文件 linux-2.4.27-vrs1.tar.bz2
（如果是通用核心，那么你需要面向ARM的补丁文件）

tar -jxvf linux-2.4.27-vrs1.tar.bz2 -C ~
cd ~
ln -s linux-2.4.27-vrs1-ATMEL armlinux

好了，我们建立了：~/armlinux 联接

cd ~/armlinux
vim Makefile

检查ARCH := 的行，如果不是arm，请把它改成ARCH := arm，保存退出。

（检查CROSS_COMPILE := /usr/local/arm/bin/arm-pc-linux-，如果不同，修改它）

make clean
make distclean

make menuconfig

配置核心（选择ARM为AT91RM9200和其它相关配置），保存退出。

make dep

（如遇错误终止，看第3部份是否有解答！）

肯定有错误发生而终止！当然，我们并不是想现在编译这个核心，只是理顺核心文件间的关系，以便下面拷贝操作顺利进行......

mkdir /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include

cp -dR  ~/armlinux/include/asm-arm         /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/asm

cp -dR  ~/armlinux/include/linux         /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/linux

好了，我们现在有ARM交叉编译的公用核心头文件了。

2.4.2、gcc配置、编译和安装

阅读gcc源代码INSTALL目录下的文件，获得更多的配置和编译安装帮助。

为了使用前面编译好的Binutils工具，添加路径。

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)

tar -jxvf gcc-3.4.5.tar.bz2 -C ~

cd ~/gcc-3.4.5

2.4.3、第一次安装ARM交叉编译工具gcc

（阅读gcc源代码INSTALL目录下的文件，获得更多的配置、编译和安装帮助）

通常都会遇到问题而使整个过程不能完成，因为以下要素必须考虑：

     既然是第一次安装ARM交叉编译工具，那么本机的glibc支持的应该是本机的编译工具库，而不是ARM交叉编译工具库。并且支持ARM交叉编译工具的其 它支持语言（比如：C++、java）的libc库（最终的gcc生成的二进制代码联接需要该库支持）我们也没有，所以，要增加编译开关：
--enable-languages=c --disable-threads --disable-shared
    同理，由于第一次安装ARM交叉编译工具，那么支持的libc库的头文件也没有！所以我们征用Dinhibit_libc来hack（这个词只可意会，不可言传）这个问题。操作如下：

cp ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux     ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux.orig

vim ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux
给TARGET_LIBGCC2_CFLAGS = 增加操作参数
-Dinhibit_libc  -D__gthr_posix_h
保存退出。

让我们来重新配置、编译它......

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)

cd ~/gcc-3.4.5

make clean
make distclean

./configure --target=arm-pc-linux --prefix=/usr/local/arm              --disable-threads  --disable-shared                        --enable-languages=c

（由于上面我们把交叉编译头文件拷贝到了gcc的默认sys-include目录，因此不需要定义--with-headers参数。实际测试中，定义--with-headers反而不能make通过，不知道是否bug）

make
（痛苦的除bug过程！）
（如遇错误终止，看第3部份是否有解答，并且强烈建议你从make clean开始！）

make install

如果安装成功，我们就有了能编译C语言的ARM交叉编译工具gcc了。如果你只是用ARM交叉编译工具编译ARM核心，OK！你可以就此打住。如果想编译用户级代码，继续进入下阶段......

2.5、编译、安装GLIBC

glibc 是个C库，几乎所有的应用程序都需要共享它提供的功能（除了kernel、bootload、和其它完全不用C库的功能代码），因此glibc的存在有利 益小系统或嵌入系统缩减系统总代码尺寸与存放空间（尽管单个的glibc库是比较大的）。所以，最后的工作就是：构造ARM交叉编译系统的glibc库。

2.5.1、解压源代码

首先解压glibc代码，再解压linuxthreads代码到glibc代码的源码目录下......

tar -jxvf glibc-2.3.6.tar.bz2 -C ~
tar -jxvf glibc-linuxthreads-2.3.6.tar.bz2 -C ~/glibc-2.3.6

2.5.2、glibc配置、编译、安装

阅读glibc源代码下的文件：README、FAQ和INSTALL，获得更多的配置、编译和安装帮助。

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)

export CC=arm-pc-linux-gcc
（定义用刚生成的ARM交叉编译工具编译。否则，生成的glibc库是本地机代码库，而不是ARM指令集代码库！！！）

警告：不能在源代码目录下操作（为什麽？问GNU吧，我也不知道！）......

mkdir ~/temp
cd ~/temp

make clean
make distclean

~/glibc-2.3.6/configure --host=arm-pc-linux                                                --build=i686-pc-linux-gnu                         
  --with-headers=/usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include             --enable-add-ons=linuxthreads   --enable-shared                    --prefix=/usr/local/arm/arm-pc-linux

（你可能注意到glibc的--prefix值与gcc的配置不一样！是的，你必须这样定义，否则，后面gcc的make过程将因找不到glibc的公用头文件或库而错误终止！）

make
（痛苦的除bug过程！）
（如遇错误终止，看第3部份是否有解答，并且强烈建议你从make clean开始！）

make install