编译工具和交叉编译环境配置－基本问题和认识(ZZ)

编译工具和交叉编译环境配置－基本问题和认识

2006-11-07 20:49

【提要】 在对skyeye了解并动手实践后，发现原来嵌入式软件开发的交叉编译环境也并不好理解和掌握，今天就回头对交叉编译环境的基本问题进行小结，迟点再针对各种具体目标的编译环境配置具体方法进行总结。

【内容】

交叉编译问题的由来：

做过简单C语言编译的朋友知道，我们以前接触的程序设计和编译并没那么复杂，只要在机子上写好程序，调用编译工具（如Turbo C）做一个编译就可以获得可执行文件了，然后直接就可以启动程序，观察结果。注意，这里有一个我们很少注意的问题：写程序的平台、编译程序的平台、运行程 序的平台，三者都是一样的，都是同一类型的机，甚至就是完全在一台计算机上，比如我们的x86 PC机。

而我们做嵌入式软件的开发，实际原理上也可以像以往的工作那样简单，即让编译环境统一在运行环境中。但精明的人们不这么做，可执行的二进制文件最终 是在目标板上的，而目标板做了最吝啬的设计，一般没有足够的资源可供编译软件的安装和运行。这就需要把编译和运行两步分隔开来，让程序的设计和编译工作安 排在宿主机，比如安装x86 PC的linux系统中，然后再把可执行文件下载到开发板上运行。这种“借卵孵蛋”的做法牵扯出一个麻烦的问题，就是需要目的明确地针对特定的目标板（主 要的是板上CPU类型的差别）进行程序的编译，而嵌入式目标板的类型实在太多了，所以，根据需要，建立交叉编译环境就有N多套不同的具体配置方式，让特定 的编译工具组合起来特定编译适应于目标CPU运行的软件。另外，编译嵌入式系统时，根据不同的对象系统（如uclinux、ucosii等）也需要特定的 编译工具配合。所以出现了arm-linux交叉编译环境、建立uclinux交叉编译环境等等不同却有部分重叠的配置，这其实是种定制的方式。而各种看 起来一样却不能通用的配置，各种不同的编译工具，正是让初学者摸不着头脑的。

当然，现在有许多集成开发环境，减小了开发工具配置的难度，只要选择你的目标开发板/CPU，要编译的嵌入式系统，就可以自动选择合适的编译工具进行编译。但像原始的GNU TOOLS CHAIN就没那么简单，学习使用基本的GNU工具对我们来说也是大有裨益的。

下面就基于GNU工具对常见的目标CPU的交叉环境配置基本步骤和常见的编译相关工具进行一个概括。

基本的编译工具及配置：

1、认识本地GNU编译环境

首先了解gcc本地编译工具/环境，在通过源码安装skyeye的时候用到的就是本地gcc环境。
gcc需不需要安装呢？怎样安装？
“如果你对Unix/Linux有所了解的话,你应该知道他们大都自带了C和C++的编译器,分别是GCC和G++”（本句摘自网上文章）。其实redhat linux9在安装的时候选择了develop tools，就安装了包括gcc的C/C++编译工具，版本是3.2.2。可以在终端中输入：
#gcc -v         （因为gcc本身是一个命令，故可以这样查看版本，但glibc，gdb等的版本就不能这样了）
来查看系统中的gcc版本。我装的是redhat9，完全安装，查看到的gcc信息是：
gcc version 3.2.2 20030222 (Red Hat Linux 3.2.2-5)
另外，也可以通过
#rpm -q gcc
来查看gcc版本信息，我得到的信息是
gcc-3.2.2-5

如果你的系统没有gcc，你可以用光盘对系统进行升级，在内容中选上develop   tool支持就可以了，当然，也可以从相关网站下载gcc源码安装。

实际，linux一般自带了GNU工具集，包括gcc，glibc，当然还有gdb，binutils。可以通过下面的命令查看其版本：
#rpm -q glibc
#rpm -q gdb
#rpm -q binutils
我的系统中的信息是：
glibc-2.3.2-11.9
gdb-5.3post-0.20020129.18
binutils-2.13.90.0.18-9

补充说明的是，如果具体开发工作中需要其他版本的GNU工具，就需要对相应的软件包进行卸载、升级、重装了。

2、交叉编译环境

对于skyeye本机编译和运行的软件，可以直接用上面提到的自带gcc工具，但如果针对不同的CPU/开发板编译不同的嵌入式系统（注意：两个问题，一个是目标板的类型；一个是嵌入式系统），就需要再配置特定的编译环境了，这就是所谓的交叉编译环境。常见的情况如下：

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下面的理解不准确！！纠正见2006-12-14后记
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注意：下面的嵌入式系统都是基于ARM CPU目标板的，如果针对其他类型的目标板则需要不同的一套编译工具和环境

uC/OS-II（或简单写成ucosii）
需要交叉编译工具arm-elf-tools，比如arm-elf-tools-20030314.sh 注意并不是最新版的交叉编译工具都适用的，要看它支不支持你要编译的什么系统，用在什么板上。
实际上arm-elf-tools也并不是单纯针对arm板的ucosii系统的，只能简单点准确地说arm+ucosii就是需要arm-elf-tools

uClinux（或写成uclinux）
需要arm-elf-tools交叉编译环境，这个恰巧与ucosii是一样的。

arm-linux（或写成armlinux）
需要arm-linux-gcc类的交叉编译工具，具体的安装包如cross-2.95.3.tar.bz2，arm-linux-gcc- 3.3.2.tar.bz2，有时候可能不止安装一个arm-linux-gcc类的工具包，但无论怎样，清楚一个问题：arm-linux嵌入式系统就 是需要arm-linux-gcc交叉编译环境。

这只是一个大略的说明，具体的可以见下面的常见的编译相关工具

3、说明：

1、一般意义上，当提到GNU工具（集），GNU Tools的时候，泛指gcc工具，binutils二进制工具程序集，gdb调试工具，甚至包括glibc库等，即它泛指一个合理的编译环境或工具。
而要指明gcc命令的时候就一般用这样的说法：gcc工具，gcc软件包。同理，要说明二进制工具的时候也会具体说binutils工具/软件包。
一句话：由于称代的习惯，GNU，GNU工具，GNU Tools等在不同的场合会有不大一致的含义。这点是需要注意的。

2、另外，具体的开发中（特定的CPU和特定的嵌入式系统）当具备合适的交叉编译环境后，可能还需要作一些附加配置，比如准备合适版本的特定的库文件等（如glibc库）。

3、还有，binutils软件包、gcc软件包、glibc软件包这三个重要的东西是相对独立的， 没直接联系，独立发行和维护。选择三个软件包配置合适的交叉编译环境的时候注意，并不是3个软件包的任意版本组合都是可用的！可以通过尝试来获得可用的组 合，也可以通过别人的经验来得到合理的版本组合方式。这个问题可以参考相关的资料，比如《源码开放的嵌入式系统软件分析与实践——基于skyeye和 arm开发平台》陈渝 李明 杨晔 等编著 北京航空航天大学出版社

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(2006-12-14)后记：

要理解和制作交叉编译工具链绝不是一件容易的事情！到现在写补记，我才基本了解各个概念和工具之间的本质差别。看了之前写下的上面的理解，有点乱套，但也开心自己算也是对比从前有进步了。

首先，交叉编译工具在交叉编译项目中是必须的！

第二，交叉编译工具你需要自己去准备，而且还要自己去指定工具的位置，而不是自动去找的，除非你把工具放在系统搜索的路径，如/usr/bin或 /usr/local/bin，做了新的交叉工具并不影响原先安装的本地gcc工具(以前我还老担心这么多工具装下来会不会冲突，打架，覆盖啊，其实不是 的，很简单，它只是一个文件包，放在任何一个位置，在一个具体的编译过程中，只有你指定用它，才会找到它)

第三，关于编译什么嵌入式系统需要什么交叉工具的问题，以前的理解就很明显是不准确的。
这里需要分几点说明：
1、不同的目标板/cpu，需要的交叉工具肯定是不同的！
2、同一系统的目标，如arm交叉编译，它需要的交叉编译工具也不是固定的，单纯是arm交叉编译工具就够晕的，需要考虑第一，你想编译什么内核系统？ uclinux还是arm-linux？第二，你编译的内核是什么版本？对于不同版本的内核，需要的交叉工具本质上说可以说是一样的，但要求的高低不同， 故需要选择合适版本的gcc，glbic，binutils等去做工具链。简单说，拿现成的工具链来说，编译2.4内核用cross2.95.3就可以 了，但编译2.6内核，就需要换用3.3.2的工具链了~
然后，还有个问题，在低版本内核编译中使用什么工具链是不定的，如2.4内核当然可以用2.95.3的，但还可以用3.3.2的！uclinux一般使用 arm-elf那套工具就可以了，但如果uclinux-dist中Makefile指明用arm-linux的工具，也不是不可以的！反正没那么简单， 但我也一时说不清楚了~只是看到以前写的东西在误导人很不爽而已...

第四，关于arm-elf-和arm-linux-工具，他们本质上属于适合编译不同版本的linux内核而使用的，但这个名称则是很虚的！那套工 具叫arm-linux-只是个习惯命名而已，如果你亲自做过交叉编译工具链就知道，利用gcc，binutils，glibc等一堆东西去做工具链的时 候，可以用一个参数去指定编译出来的工具链用什么样的前缀，记得好象是--target = 这个参数，只是大家习惯用arm-linux而已了。所以以前我说“编译armlinux系统一定需要arm-linux工具链“实在没什么意义。

常见的编译相关工具：

鉴于各种编译工具名称类似却各有分别，而且版本繁多，下面就对我掌握的资料进行简单的小结。以便需要时查阅。

GNU Tools

gcc软件包

binutils软件包

glibc软件包

patch

 

下面是《源码开放的嵌入式系统软件分析与实践——基于skyeye和arm开发平台》陈渝 李明 杨晔 等编著 北京航空航天大学出版社 附带光盘材料的说明
下面内容也可见http://www.cublog.cn/opera/showart.php?blogid=1780&id=54609

cdrom
│   cd.txt  
│  
├───ARMlinux   （针对linux-2.4.x内核的armlinux补丁）
│   ├───v2.4 
│   │       patch-2.4.13-ac2-rmk1.bz2
│   │       patch-2.4.13-ac4-rmk1.bz2
│   │       patch-2.4.13-ac5-rmk1-broken.bz2
│   │       patch-2.4.13-ac5-rmk2.bz2
│   │       patch-2.4.13-ac8-rmk1.bz2
│   │       patch-2.4.18-rmk7.bz2
│   │       patch-2.4.19-rmk7.bz2
│   │       patch-2.4.21-rmk2.bz2
│   │      
│   └───xscale 
│       └───pxa    （针对基于ARM的linux-2.4.x内核的XScale架构的PXA2xx的补丁）
│               diff-2.4.18-rmk7-pxa1.gz
│               diff-2.4.18-rmk7-pxa2.gz
│               diff-2.4.18-rmk7-pxa3.gz
│               diff-2.4.19-rmk7-pxa1.gz
│               diff-2.4.19-rmk7-pxa2.gz
│              
├───DevelopTools  （交叉编译工具）
│   ├───ARMlinux_gnutools  （for ARM Linux）
│   │   │   README
│   │   │  
│   │   ├───arm            （可以用来编译大多数针对带MMU和Cache的ARM核CPU的开发板的操作系统）             
│   │   │       cross-2.95.3.tar.bz2                （可以编译linux-2.4.x以下（包括linux-2.4.x）版本）
│   │   │       arm-linux-gcc-3.3.2.tar.bz2          (可以编译linux-2.6.x)
│   │   │      
│   │   └───xscale          （对Intel XScale架构的CPU进行了优化的交叉编译工具）
│   │           xscale-gcc-3.3.3.tar.bz2  (可以编译linux-2.6.x)
│   │          
│   └───uClinux_gnutools  （for uC/os-II,uClinux）
│       │   genromfs-0.5.1.tar.gz   （用来生成romfs文件系统的工具）
│       │  
│       └───arm
│               arm-elf-tools-20030314.sh 和arm-elf-tools-20011219.tar.gz （可以编译uClinux和uC/OS-II的交叉编译工具）
│              
│                         
├───Hardware   （各种基于ARM的开发板硬件文档资料）
│   ├───ARM   （关于ARM核CPU的硬件文档）
│   │       doc.tar.bz2
│   │      
│   ├───ARM_Evaluator_7T            （关于ARM_Evaluator_7T硬件开发板的硬件文档和部分相关源码）
│   │       doc.tar.bz2  
│   │       source.tar.bz2
│   │          
│   ├───AT91_EV40     （关于基于Ateml AT91X40 CPU的开发板AT91_EV40的硬件文档资料）
│   │       doc.tar.bz2
│   │      
│   ├───CirrusLogic_EP7312           （关于基于CirrusLogic EP7312 CPU的开发板硬件文档资料）
│   │       doc.tar.bz2
│   │      
│   ├───Intel_Lubbock_XScale          （关于Intel XScale 架构、PXA2xx CPU和Lubbock开发板的硬件文档资料）
│   │       doc.tar.bz2
│   │      
│   ├───Intel_StrongARM                （关于Intel StrongARM CPU和开发板的硬件文档资料）
│   │       doc.tar.bz2
│   │      
│   └───Strong_44B0                    （关于基于Samsung S3C44B0X CPU的思创开发板硬件文档资料）
│            doc.tar.bz2
│            source.tar.bz2
│                  
├───SkyEye
│   │   skyeye.conf.txt        （有关skyeye.conf的说明文档）
│   │   softwarerelations.txt  （与skyeye相关软件的依赖关系文档）
│   │   skyeye-v0.8.0.rh9.bin （在rh9上编译的0.8.0版本的skyeye的二进制文件）
│   │  
│   ├───skyeye  （截止到本书出版时，SkyEye的最新发行版本）
│   │       skyeye-0.8.0.tar.bz2
│   │      
│   ├───testsuit （用于演示嵌入式OS在skyeye模拟的各种开发板上运行的测试套件）
│   │       skyeye-binary-testutils-1.0.7.1.tar.bz2
│   │      
│   ├───uclinux4skyeye （可在skyeye上运行的uclinux的网络驱动程序） 
│   │       skyeye.conf.txt
│   │       softwarerelations.txt
│   │       uclinux4skeye-v0.1.1b1.tgz
│   │       uclinux4skeye-v0.1a1.tgz
│   │       uclinux4skeye-v0.1b1.tgz
│   │       uclinux4skeye-v0.2.tgz
│   │       uclinux4skyeye-v0.2.1.tgz
│   │       uclinux4skyeye-v0.2.2.tgz
│   │       uclinux4skyeye-v0.2.3.tgz
│   │      
│   ├───ucosii4skyeye （可在skyeye上运行的ucosii操作系统和相关应用程序包括TCP/IP协议栈）
│   │       ucos_lwip_4skyeye.v1.0.preview.src.tgz
│   │       ucosii-verA-skyeye-1.0.1.src.tar.bz2
│   │       ucosii-verA-skyeye-1.0.tar.bz2
│   │       ucosii-verB-skyeye-1.0.1.src.tar.bz2
│   │       ucosii-verB-skyeye-1.0.tar.bz2
│   │       ucosii-verB-skyeye-1.1.src.tar.bz2
│   │       ucosii.src.tar.bz2
│   │       ucosii4skyeye-1.4-preview.src.tgz
│   │       ucosii4skyeye-1.8.4.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.6b2.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.6b3.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.6b4.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.7.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.8.1.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.8.2.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.8.3.tgz
│   │       ucosii4skyeye-v1.8.tgz
│   │      
│   ├───vnet  （skyeye的虚拟hub内核模块，配合skyeye虚拟网络实现）
│   │       skyeye.conf.txt
│   │       softwarerelations.txt
│   │       vnet-v0.1.tgz
│   │       vnet-v0.2.tgz
│   │      
│   └───armlinux4skyeye （可在skyeye上运行的armlinux和minigui源代码） 
│       └───ep7312
│           │   linux-2.4.13-patched-4-ep7312.tar.bz2 （armlinux源代码，已打过补丁，可直接编译）  
│           │  
│           └───minigui-packages  （minigui1.3.0发行包，做过少量更改，并增加了针对skyeye的配置脚本）
│                   libminigui-1.3.0-4-skyeye.tar.gz
│                   mde-1.3.0-4-skyeye.tar.gz
│                   minigui-res-1.3.0-4-skyeye.tar.gz
│                  
├───demo（演示视频）
│       build_armlinux_4_skyeye.avi   （演示如何编译armlinux for skyeye）
│       build_cross_compile_enviroment.avi  （演示建立交叉编译环境）
│       build_install_skyeye.avi   （演示配置编译安装skyeye）
│       build_uclinux_4_skyeye.avi   （演示如何编译uclinux for skyeye）
│       build_ucosii_4_skyeye.avi   （演示如何编译ucosii for skyeye）
│       readme      （详细的步骤说明）
│       skyeye-ep7312-armlinux-minigui-same.avi （演示minigui在skyeye上运行）
│      
├───systemsoft （各种嵌入式系统软件）
│   ├───busybox  （一种多功能的嵌入式软件工具）
│   │       busybox-1.00-pre10.tar.gz
│   │      
│   ├───glibc  （标准的GNU C库）
│   │       glibc-2.3.2.tar.bz2
│   │       glibc-linuxthreads-2.3.2.tar.bz2
│   │      
│   ├───lwip  （嵌入式TCP/IP协议栈）
│   │       lwip-0.6.2.tar.gz
│   │      
│   └───uclibc  （轻量级嵌入式C库）
│           uClibc-0.9.26.tar.bz2
│          
└───uClinux （uClinux的发行版本及针对2.6版本的补丁）
    │   uClinux-dist-20030522.tar.gz
    │  
    └───v2.6     （针对linux-2.6.x的uClinux补丁）
            linux-2.6.0-test1-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test10-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test11-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test2-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test3-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test4-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test5-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test6-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test7-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test8-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-test9-uc0.patch.gz
            linux-2.6.0-uc0.patch.gz
            linux-2.6.1-uc0.patch.gz
            linux-2.6.2-hsc0.patch.gz
            linux-2.6.2-uc0.patch.gz
            linux-2.6.3-uc0.patch.gz
            linux-2.6.5-uc0.patch.gz
            linux-2.6.6-uc0.patch.gz

通过上面的资料，也可以基本了解各个常见的编译工具之间的分别了，包括各种库文件，内核文件等。
           

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后记：

完整的交叉编译工具分2部分：
    1）交叉编译器arm-linux-gcc
    2）编译的内核。

arm-linux-gcc提供了gcc编译器和链接时需要的lib；
内核了需要的头文件等符号参数。

大家只注重1，而往往忽视2。其实任何编译的代码都是面向一定的内核版本的。
同一个版本的arm-linux-gcc对2.4和2.6版本的内核生成目标代码时难道没有区别吗？肯定是有区别的！
所以编译时最好采用 arm-linux-gcc -o helloworld helloworld.c -I/linux-2.6/include，根据内核指定头文件，不要采用gcc自带的include。

【遗留问题】

1、如果系统中的gcc或自己后来安装的gcc版本不合使用要求，那么怎样进行gcc的卸载和改装呢？gcc好像是安装在usr/bin/下的，那里很多东西，不好找出文件手工删除……

2、

【参考资料】

这是网上流传的比较经典的文章，详细介绍了在windows下及在linux下安装和使用skyeye的方法，值得研究和收藏。

CSDN上的文章

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4、《源码开放的嵌入式系统软件分析与实践——基于skyeye和arm开发平台》陈渝 李明 杨晔 等编著 北京航空航天大学出版社