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我的朋友

分类: LINUX

2007-04-08 16:51:20

什么是交叉编译?

交叉编译(cross-compilation)是指,在某个主机平台上(比如PC上)用交叉编译器编译出可在其他平台上(比如ARM上)运行的代码的过程。

 具体:

交叉编译这个概念的出现和流行是和嵌入式系统的广泛发展同步的。我们常用的计算机软件,都需要通过编译的方式,把使用高级计算机语言编写的代码(比如 C代码)编译(compile)成计算机可以识别和执行的二进制代码。比如,我们在 Windows 平台上,可使用 Visual C++ 开发环境,编写程序并编译成可执行程序。这种方式下,我们使用 PC 平台上的 Windows 工具开发针对 Windows 本身的可执行程序,这种编译过程称为 native compilation,中文可理解为本机编译。然而,在进行嵌入式系统的开发时,运行程序的目标平台通常具有有限的存储空间和运算能力,比如常见的 ARM 平台,其一般的静态存储空间大概是 16 到 32 MB,而 CPU 的主频大概在 100MHz 到 500MHz 之间。这种情况下,在 ARM 平台上进行本机编译就不太可能了,这是因为一般的编译工具链(compilation tool chain)需要很大的存储空间,并需要很强的 CPU 运算能力。为了解决这个问题,交叉编译工具就应运而生了。通过交叉编译工具,我们就可以在 CPU 能力很强、存储控件足够的主机平台上(比如 PC 上)编译出针对其他平台的可执行程序。

要进行交叉编译,我们需要在主机平台上安装对应的交叉编译工具链(cross compilation tool chain),然后用这个交叉编译工具链编译我们的源代码,最终生成可在目标平台上运行的代码。常见的交叉编译例子如下:

  • 在 Windows PC 上,利用 ADS(ARM 开发环境),使用 armcc 编译器,则可编译出针对 ARM CPU 的可执行代码。
  • 在 Linux PC 上,利用 arm-linux-gcc 编译器,可编译出针对 Linux ARM 平台的可执行代码。
  • 在 Windows PC 上,利用 cygwin 环境,运行 arm-elf-gcc 编译器,可编译出针对 ARM CPU 的可执行代码。

另外,在业界广泛使用嵌入式 Linux 操作系统的今天,大多数交叉编译过程都是在 Linux PC 平台上完成。这时,程序员会在某个运行 Linux 操作系统的 PC 上安装交叉编译工具链,并使用 GNU 提供的开发工具方便地开发和调试嵌入式应用软件。

 

一步一步的制作arm-linux交叉编译环境

  我们使用以下版本的文件为例子建立 arm-linux 交叉编译环境:
  
  编译环境 redhat 7.2 或 8.0
  binutils-2.14.tar.gz

  gcc-core-2.95.3.tar.gz
  gcc-g++2.95.3.tar.gz
  glibc-2.2.4.tar.gz
  glibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gz
  linux-2.4.21.tar.gz
  patch-2.4.21-rmk1.gz # linux kernel patch for arm
  
  我们在 bash 下工作,先设定一些变量:
  $ export VBINUTILS=2.14
  $ export VGCC=2.95.3
  $ export VGLIBC=2.2.4
  $ export VLINUX=2.4.21
  $ export VLINUX_PATCH=rmk1
  $
  $ export PREFIX=/armtools
  $ export TARGET=arm-linux
  
  
  你可以把它们加到 .bashrc 中。如果你这么做了,你需要 logout 再 login 才能生效。
  否则在 bash 的命令行上输入它们并立即生效,但你 logout 再 login 时它就无效了。
  
  我们的工作路径是:
  
  ...../ ----- ~ -- tars -------- SourceDir
  ............|................|---- BuildDir
  ............|--- armtools
  
  
  $ cd ~
  $ mkdir -p tars/SourceDir
  $ mkdir tars/BuildDir
  $ mkdir arm_tools
  $ su
  # mv arm_tools $PREFIX
  # exit
  $
  
  
  tars --------------- 在这里放我们的下载来的 .tar.gz 文件
  SourceDir ------ 这个临时目录放我们解压缩后的源文件
  BuildDir --------- 我们在这里编译
  armtools -------- 把arm-linux 交叉编译环境的安装在这里
  
  
  1.安装linux 的头文件
  
  当你为不同类型的ARM编译gcc,或编译不同版本的kernel,或交叉编译gcc 时都需要一套不同的linux头文件。
  
  
  1.1解压缩,打补丁
  $ cd ~/tars/SourceDir
  $ tar -zxf ../linux-$VLINUX.tar.gz
  $ cd linux
  $ zcat ../../patch- $VLINUX-$VLINUX_PATCH.gz | patch -p1
  
  1.2清理一下
  $ make mrproper
  
  1.3修改 Makefile
  将Makefile中ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/) 这一行注释掉,并加一行 ARCH=arm。修改后象这样:
  ARCH=arm
  # ARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/)
  
  
  如果你的系统里的 sed 程序支持用 '\' 续行(通常都支持),你可以用这个 script 去修改 Makefile
  #!/bin/sh
  mv Makefile Makefile.orig
  sed 's/ARCH := $(shell uname -m/ARCH=arm# ARCH := $(shell uname -m/' < Makefile.orig > Makefile
  #end of script
  
  注意:
  这个 script 里的 # ARCH := 是上一行的续行,不是 shell 里的注释,它也是要输入的。
  如果你从浏览器(IE, netscape, etc)上 copy-paste 这个 script 到你的 bash console,它很有可能不工作;
  但你在 bash console 里手工输入就可以工作。
  因为有时 copy 过来后,是 'ARCH=arm\r\n',而能工作的是 'ARCH=arm\n'。
  
  
  1.4建立连接
  1.4.1如果是LART板子
  $ make lart_config
  $ yes "" | make oldconfig
  $ make include/linux/version.h
  或:
  $ make lart_config
  $ make menuconfig 选择
  
  网上有的文章用的是:
  $ make symlinks include/linux/version.h
  那是不完全的。make symlinks 的作用相当于:
  $ cd include/asm-arm
  $ rm -f arch proc
  $ ln -s arch-sa1100 arch
  $ ln -s proc-armv proc
  $ cd ../../
  它并没有产生一个很重要的文件 include/linux/autoconf.h。
  而 yes "" | make oldconfig 不仅是 make symlinks,
  还产生了 include/linux/autoconf.h。但它也没有产生
  include/linux/version.h。
  
  1.4.2如果是clps711x的CPU
  连接应该为:
  $ cd include/asm-arm
  $ rm -f arch proc
  $ ln -s arch-clps711x arch
  $ ln -s proc-armv proc
  $ cd ../../
  
  为你自己的系统定制:
  $ make menuconfig
  在这里你只需要选你使用的 CPU 或选则有你使用的 CPU 的板子即可,
  当然进行更详细的配置更好。
  
  注:
  include/asm-arm/proc-armo 是26位ARM
  
  include/asm-arm/proc-armv 是32位ARM
  
  
  注:背景知识
  在ARM1中实现26位地址空间,但没有被商用。
  在ARM2,2a 中还有26位地址空间,现在已经废弃。
  在ARM3中扩展到32位地址空间,但是还反向兼容26位。
  在ARM4中是32位地址空间,停止兼容26位地址空间。在 T 系列中加入 Thumb 指令。
  在ARM5中是32位地址空间,在所有系列中均支持 16 位的 Thumb 指令。
  
  
  1.5拷贝头文件
  $ mkdir -p $PREFIX/$TARGET/include
  $ cp -dR include/linux $PREFIX/$TARGET/include
  $ cp -dR include/asm-arm $PREFIX/$TARGET/include/asm
  
  1.6为 gcc 建立一个 linux kernel 头文件的连接
  编译gcc时,它需要 linux kernel 的头文件,你可以用 --with-headers=$PREFIX/$TARGET/include 来指定头文件的位置,gcc 把它拷贝到 $PREFIX/$TARGET/sys-include。我们可以建立个 sys-include 连接,就不用 --with-headers 了。
  $ cd $PREFIX/$TARGET
  $ ln -s include sys-include
  
  2编译安装binutils
  
  这里用不到前面准备的 linux 头文件
  
  
  2.1解压缩
  $ cd ~/tars/SourceDir
  $ tar -zxf ../binutils-$VBINUTILS.tar.gz
  
  2.2编译
  $ cd ~/tars/BuildDir
  $ mkdir binutils
  $ cd binutils
  $ ../../SourceDir/binutils-$VBINUTILS/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX
  $ make all install
  
  2.3输出 binutils 的路径到环境变量中
  你可以把它加到 .bashrc 中。如果你这么做了,你需要 logout 再 login 才能生效。
  否则在 bash 的命令行上输入它并立即生效,但你 logout 再 login 时它就无效了。
  export PATH=$PREFIX/bin:$PATH
  
  3.编译安装gcc 的c 编译器
  3.1解压缩
  $ cd ~/tars/SourceDir
  $ tar -zxf ../gcc-core-$VGCC.tar.gz
  
  注意:为什么不用 all-in-one 的 gcc-$VGCC.tar.gz 呢?
  all-in-one 的 gcc 包里面有 chill, fortran, java 等语言的编译器,虽然在下面 configure 时指定 -enable-languages=c,但编译时还是把所有的都编译一便,这不是我们需要的,而且它也总会有错误。因此我们只编译 C 语言的编译器。后面第二次编译的时候也是这个问题,我们只编译 C 和 C++ 的编译器。
  
  
  3.2修改 gcc 的 t-linux 文件
  在 t-linux 文件中的 TARGET_LIBGCC2_CFLAGS 上加上 __gthr_posix_h 和 inhibit_libc
  
  $ cd gcc-$VGCC/gcc/config/arm
  $ mv t-linux t-linux-orig
  $ sed 's/TARGET_LIBGCC2_CFLAGS =/TARGET_LIBGCC2_CFLAGS = -D__gthr_posix_h -Dinhibit_libc/' < t-linux-orig > t-linux-core
  $ cp ./t-linux-core ./t-linux
  
  3.4编译
  $ cd ~/tars/BuildDir
  $ mkdir gcc-core
  $ cd gcc-core
  $ ../../SourceDir/gcc-$VGCC/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-languages=c --disable-shared --disable-threads
  $ make all install
  
  4.编译安装 glibc
  4.1解压缩
  $ cd ~/tars/SourceDir
  $ tar -zxf ../glibc-$VGLIBC.tar.gz
  $ cd glibc-$VGLIBC
  $ tar -zxf ../../glibc-linuxthreads-$VGLIBC.tar.gz
  
  4.2编译
  $ cd ~/tars/BuildDir
  $ mkdir glibc
  $ cd glibc
  $ CC=$TARGET-gcc AR=$TARGET-ar RANLIB=$TARGET-ranlib ../../SourceDir/glibc-$VGLIBC/configure $TARGET --prefix=$PREFIX/$TARGET --enable-add-ons
  $ make all install

 5.编译安装gcc 的c, c++ 编译器
    5.1恢复t-linux 文件 
   $ cd ~/tars/SourceDir/gcc-$VGCC/gcc/config/arm/
   $ cp t-linux-orig t-linux

    5.2解压缩 c++ 编译器
   $ cd ~/tars/SourceDir/
   $ tar -zxf ../gcc-g++-$VGCC.tar.gz
   $
   $ cd ~/tars/BuildDir
   $ mkdir gcc
   $ cd gcc

  5.3编译
   $ ../../SourceDir/gcc-$VGCC/configure \
   --target=$TARGET \ 
   --prefix=$PREFIX \
 --enable-languages=c,c++ \
--with-included-gettext
$ make all
$ make install


注:
如果你下载的是 filename.tar.bz2,你可以用如下命令之一解压缩,第三种方式在任何系统中都好使。

$ tar -jxf filename.tar.bz2
$ tar -Ixf filename.tar.bz2
$ bzip2 -dc filename.tar.bz2 | tar xf -


 如果你是第一次制作 arm-linux 交叉编译环境,强烈建议你用本文所使用的各个程序的版本。如果用其它版 本,按照本文的方法可能会在编译的时候出问题,因为我没有时间去测试各个版本的组合。这里是源程序:  crossarm.sh,它使用的是:
 linux-2.4.21.tar.bz2
   patch-2.4.21.bz2
   binutils-2.14.tar.gz
   gcc-core-2.95.3.tar.gz
   gcc-g++-2.95.3.tar.gz
   glibc-2.2.4.tar.gz
   生成的 toolchain 大于 150 兆,用如下方法压缩:
   $ cd ~
$ tar -cf armtools.tar /armtools
$ bzip2 -z armtools.tar

压缩后生成的 armtools.tar.bz2 大概有 30 几兆。

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