Кросскомпиляция для arm под линукс

Кросс-компиляция под Linux

Введение

Что же у нас есть для кросс-компиляции? Если не считать коммерческих продуктов и мелких поделок, то для того, чтобы скомпилировать любой проект под любую платформу, понадобится Gnu Compiler Collection, или, кратко, GCC. GCC — это один большой набор исходников, но собирать из него кросс-компилятор на каждую новую целевую платформу придётся отдельно.

Надо сказать, список целевых платформ довольно внушителен.

Вообще, для того, чтобы работать с GGC надо собрать т. н. Toolchain, набор утилит для компиляции. В toolchain входит помимно GCC, ещё Binutils, предназначенные для манипуляций с объектными и бинарными файлами. Для голого железа (если планируется работать не под ОС на целевой платформы, весьма полезной будет также NewLib — сборник стандартных процедур.

Binutils

В Binutils входят:

В составе GCC большой набор разнообразных инструментов, однако, скорее всего иметь дело придётся с frontend, который так и называется, gcc. Он сам определяет тип исходного файла и вызывает соответствующий компилятор, а также, по необходимости, линковщик или библиотекарь.

NewLib

NewLib — специальная подборка стандартных функций для встраиваемых систем. Она включает в себя libc (функци работы со строками, файлами и т. д.), libm (разнообразные математические функции). Также она обладает широкими возможностями конфигурирования под разнообразные требования.

Надо сказать, NewLib далеко не единственный выбор. В принципе, если не пользоваться библиотечными функциями, можно вообще без библиотек обойтись, но этот путь сложен и тернист — стандарт си не требует наличия их в т. н. standalone environment 1) . Вполне возможно, есть другие подходящие варианты

GNU Debugger — стандартное средство отладки программ, и, в принципе, необязательно. Возможно, вы предпочтёте графический отладчик или вовсе пользуетесь исключительно printf-style-debug 2) .

Сборка Toolchain

Также стоит определить путь, куда будет всё установлено. В терминах GCC это называется prefix. По умолчанию этот путь — /usr/local . Однако по ряду различных причин иногда стоит специально указать другой. Первая причина — поставить в собственную домашнюю директорию, например, если нет root-полномочий на машине или просто его поставить только для себя (впрочем, лучше так не делать). Другая причина — бывает нужда с специальных вариантах сборки, и тогда это стоит делать, чтобы не спутать такую сборку с обычной. Стоит отметить, что компиляторы под различные платформы не перепутываются, так как имеют различные имена: gcc для ARM, например, будет именоваться arm-elf-gcc 3) или arm-linux-gcc , и именно его придётся указывать при компиляции (либо указывать target, тогда gcc сам вызовет нужный). Если же оставить путь по-умолчанию, сборка попадёт в стандартный путь поиска исполняемых файлов — /usr/local/bin , и может вызываться без специального указания пути или модификации $path .

Для указания prefix у configure есть соответствующая опция: — -prefix=…

Порядок сборки Toolchain

Сборка тулчейна в описанной конфигурации состоит из следующих этапов:

Источник

Русские Блоги

Среда кросс-компиляции ARM-LINUX

В связи с необходимостью разработки приложений для руки необходимо создать среду компиляции для руки. Есть два способа создать среду:

• Среда кросс-компиляции
• среда разработки руки

Среда кросс-компиляции включает следующее:

• Используйте Visual Studio для создания среды разработки под Windows
• Используйте GCC для создания среды разработки под Linux

Поскольку среда Linux более удобна в настройке, рекомендуется использовать среду Linux для разработки. Visual Studio удобнее разрабатывать, IDE лучше, но удобнее выбирать Linux + Makefile.

Построение среды Linux

Так называемая настройка среды заключается в установке ряда инструментов для компиляции и отладки.Установленный здесь инструмент — am-linux-gcc.

Объяснение названия инструментария

gcc — это инструмент компиляции для x86-64, который может компилировать наборы инструкций, такие как SSE и AVX. Целевое оборудование — это ЦП настольного уровня. А gcc-arm-linux — это программное обеспечение, которое работает на ЦП настольного уровня. Созданный исполняемый файл — это файл, который запускается на руке.

Что такое аби и эаби

• ABI: двоичный интерфейс приложения (ABI) для архитектуры ARM
  В компьютере двоичный интерфейс приложения описывает низкоуровневый интерфейс между приложением (или другими типами) и операционной системой или другими приложениями.
• ABI охватывает различные детали, например:
  • Размер, расположение и выравнивание типов данных;
  • Соглашение о вызовах (контролирует, как передаются параметры функции и как принимается возвращаемое значение), например, все параметры передаются через стек или некоторые параметры передаются через регистры; какой регистр используется для какого параметра функции; первый передается через стек Параметр функции помещается в стек первым или последним;
  • Кодирование системных вызовов и то, как приложение выполняет системные вызовы операционной системы;
  • А в полной операционной системе ABI — двоичный формат объектного файла, программной библиотеки и т. Д.

Полный ABI, такой как Intel Binary Compatibility Standard (iBCS), позволяет программам в операционных системах, которые его поддерживают, запускаться в других операционных системах, поддерживающих этот ABI, без изменений.
ABI отличается от интерфейса прикладного программирования (API), API определяет интерфейс между исходным кодом и библиотекой, поэтому один и тот же код может быть скомпилирован в любой системе, поддерживающей этот API, ABI позволяет компиляцию Хороший целевой код может работать без изменений в системе, использующей ABI-совместимую.

• EABI: встроенный ABI
  • Двоичный интерфейс встроенного приложения определяет формат файла, тип данных, использование регистров, оптимизацию организации стека и стандартные соглашения о параметрах во встроенном программном обеспечении.
  • Разработчики, использующие свой собственный язык ассемблера, также могут использовать EABI в качестве интерфейса к языку ассемблера, созданного совместимым компилятором.
  • Объектные файлы, созданные компилятором, поддерживающим EABI, могут быть совместимы с кодом, созданным аналогичными компиляторами, что позволяет разработчикам связывать библиотеки, созданные разными компиляторами.

Основное различие между EABI и ABI на компьютерах общего назначения заключается в том, что привилегированные инструкции разрешены в коде приложения, динамическое связывание не требуется (иногда запрещено), а для экономии памяти используется более компактная структура стека. EABI широко используется Power PC и ARM.

Два кросс-компилятора, связанные с gnueabi: gnueabi и gnueabihf

Определения этих двух кросс-компиляторов в исходном коде debian следующие:

• gcc-arm-linux-gnueabi – The GNU C compiler for armel architecture
• gcc-arm-linux-gnueabihf – The GNU C compiler for armhf architecture

Видно, что эти два кросс-компилятора подходят для двух разных архитектур armel и armhf. Две архитектуры armel и armhf используют разные стратегии для операций с плавающей запятой (руки с fpu могут поддерживать эти две стратегии операций с плавающей запятой)

Фактически, эти два кросс-компилятора представляют собой просто параметры gcc -mfloat-abi с разными значениями по умолчанию. Параметр gcc -mfloat-abi имеет три значения soft, softfp и hard (последние два требуют плавающей запятой fpu в руке) Операционный блок, soft и два последних совместимы, но два режима softfp и hard несовместимы друг с другом):

• soft: не используйте fpu для вычислений с плавающей запятой, даже если есть арифметический блок fpu с плавающей запятой, не используйте его, а используйте программный режим.
• softfp: значение по умолчанию, используемое архитектурой armel (соответствующий компилятор — gcc-arm-linux-gnueabi), вычисляется fpu, но параметры передаются обычными регистрами, поэтому при прерывании нужно сохранять только обычные регистры, а нагрузка прерывания мала. Но параметры нужно преобразовать в числа с плавающей запятой, а затем рассчитать.
• hard: значение по умолчанию, используемое архитектурой armhf (соответствующий компилятор gcc-arm-linux-gnueabihf), вычисляется fpu, а параметры также передаются регистром с плавающей запятой в fpu, что сохраняет преобразование. Производительность самая лучшая, но прерывание загрузки высоко.

Жесткое плавание

Компилятор непосредственно компилирует код и передает его на аппаратный сопроцессор с плавающей запятой (арифметический блок с плавающей запятой FPU) для исполнения. FPU обычно имеет набор дополнительных регистров для завершения передачи параметров с плавающей запятой и вычислений.
Использование реального аппаратного блока FPU с плавающей запятой, конечно, приведет к повышению производительности. Потому что часто для вызова функции с плавающей запятой требуется несколько или десятки тактов.

Мягкий поплавок

Компилятор преобразует операции с плавающей запятой в вызовы арифметических функций с плавающей запятой и вызовы библиотечных функций.Нет вызова инструкций FPU и передачи параметров регистра с плавающей запятой. Передача параметров с плавающей запятой также осуществляется через регистры или стеки ARM.
Текущая система Linux предпочитает использовать по умолчанию для компиляции жесткое с плавающей запятой, даже если в системе нет процессора с плавающей запятой, это приведет к возникновению недопустимых инструкций и исключений. Поэтому в общих системных образах используется мягкая плавающая точка для совместимости с процессорами без VFP.

armel ABI и armhf ABI

В armel есть три соглашения для вычислений с плавающей запятой. Взяв в качестве примера gcc, есть три соответствующих значения параметра -mfloat-abi: soft, softfp и hard.

• Soft означает, что все операции с плавающей запятой реализуются на программном уровне. Конечно, эффективность невысока. Будут ненужные преобразования из чисел с плавающей запятой в целые числа и из целых чисел в числа с плавающей запятой. Это подходит только для ранних процессоров ARM без вычислительных блоков с плавающей запятой;
• Softfp в настоящее время является настройкой armel по умолчанию. Он передает вычисления с плавающей запятой в FPU для обработки, но для передачи параметров функции используются общие целочисленные регистры вместо регистров FPU;
• Hard использует регистры с плавающей запятой FPU для передачи параметров функции в FPU для обработки.

Следует отметить, что с точки зрения совместимости soft и два последних совместимы, но два режима softfp и hard несовместимы.

• По умолчанию armel использует softfp, поэтому armel в жестком режиме используется только как abi, называемый armhf.
  В жестком режиме каждый раз при вызове функций, связанных с плавающей запятой, можно сохранить в среднем 20 циклов ЦП. Для архитектуры, которая важна для каждого цикла, такой как ARM, это улучшение, несомненно, огромно.
• В некоторых приложениях без изменения исходного кода и конфигурации использование armhf может улучшить производительность на 20-25%. Для некоторых программ, которые в значительной степени полагаются на операции с плавающей запятой, можно добиться повышения производительности на 300%.

Источник

Кросскомпиляция под ARM

Достаточно давно хотел освоить сабж, но всё были другие более приоритетные дела. И вот настала очередь кросскомпиляции.

В данном посте будут описаны:

1. Инструменты
2. Элементарная технология кросскомпиляции
3. И, собственно, HOW2

Кому это интересно, прошу под кат.

Вводная

Одно из развивающихся направлений в современном IT это IoT. Развивается это направление достаточно быстро, всё время выходят всякие крутые штуки (типа кроссовок со встроенным трекером или кроссовки, которые могут указывать направление, куда идти (специально для слепых людей)). Основная масса этих устройств представляют собой что-то типа «блютуз лампочки», но оставшаяся часть являет собой сложные процессорные системы, которые собирают данные и управляют этим огромным разнообразием всяких умных штучек. Эти сложные системы, как правило, представляют собой одноплатные компьютеры, такие как Raspberry Pi, Odroid, Orange Pi и т.п. На них запускается Linux и пишется прикладной софт. В основном, используют скриптовые языки и Java. Но бывают приложения, когда необходима высокая производительность, и здесь, естественно, требуются C и C++. К примеру, может потребоваться добавить что-то специфичное в ядро или, как можно быстрее, высчитать БПФ. Вот тут-то и нужна кросскомпиляция.

Если проект не очень большой, то его можно собирать и отлаживать прямо на целевой платформе. А если проект достаточно велик, то компиляция на целевой платформе будет затруднительна из-за временных издержек. К примеру, попробуйте собрать Boost на Raspberry Pi. Думаю, ожидание сборки будет продолжительным, а если ещё и ошибки какие всплывут, то это может занять ох как много времени.

Поэтому лучше собирать на хосте. В моём случае, это i5 с 4ГБ ОЗУ, Fedora 24.

Инструменты

Для кросскомпиляции под ARM требуются toolchain и эмулятор платформы либо реальная целевая платформа.

Т.к. меня интересует компиляция для ARM, то использоваться будет и соответствующий toolchain.

Toolchain’ы делятся на несколько типов или триплетов. Триплет обычно состоит из трёх частей: целевой процессор, vendor и OS, vendor зачастую опускается.

• *-none-eabi — это toolchain для компиляции проекта работающего в bare metal.
• *eabi — это toolchain для компиляции проекта работающего в какой-либо ОС. В моём случае, это Linux.
• *eabihf — это почти то же самое, что и eabi, с разницей в реализации ABI вызова функций с плавающей точкой. hf — расшифровывается как hard float.

Описанное выше справедливо для gcc и сделанных на его базе toolchain’ах.

Сперва я пытался использовать toolchain’ы, которые лежат в репах Fedora 24. Но был неприятно удивлён этим:

Поискав, наткнулся на toolchain от компании Linaro. И он меня вполне устроил.

Второй инструмент- это QEMU. Я буду использовать его, т.к. мой Odroid-C1+ пал смертью храбрых (нагнулся контроллер SD карты). Но я таки успел с ним чуток поработать, что не может не радовать.

Элементарная технология кросскомпиляции

Собственно, ничего необычного в этом нет. Просто используется toolchain в роли компилятора. А стандартные библиотеки поставляются вместе с toolchain’ом.

Выглядит это так:

Какие ключи у toolchain’а можно посмотреть на сайте gnu, в соответствующем разделе.

Для начала нужно запустить эмуляцию с интересующей платформой. Я решил съэмулировать Cortex-A9.

После нескольких неудачных попыток наткнулся на этот how2, который оказался вполне вменяемым, на мой взгляд.

Ну сперва, само собою, нужно заиметь QEMU. Установил я его из стандартных репов Fedor’ы.

Далее создаём образ жёсткого диска, на который будет установлен Debian.

По этой ссылке скачал vmlinuz и initrd и запустил их в эмуляции.

Далее просто устанавливаем Debian на наш образ жёсткого диска (у меня ушло

После установки нужно вынуть из образа жёсткого диска vmlinuz и initrd. Делал я это по описанию отсюда.

Сперва узнаём смещение, где расположен раздел с нужными нам файлами:

Теперь по этому смещению примонтируем нужный нам раздел.

Копируем файлы vmlinuz и initrd и размонтируем жёсткий диск.

Теперь можно запустить эмуляцию.

И вот заветное приглашение:

Теперь с хоста по SSH можно подцепиться к симуляции.

Теперь можно и собрать программку. По Makefile’у ясно, что будет калькулятор. Простенький.

Собираем на хосте исполняемый файл.

Отмечу, что проще собрать с ключом -static, если нет особого желания предаваться плотским утехам с библиотеками на целевой платформе.

Копируем исполняемый файл на таргет и проверяем.

Собственно, вот такая она, эта кросскомпиляция.

UPD: Подправил информацию по toolchain’ам по комментарию grossws.

Источник