交叉编译环境的概念以及建立步骤

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。