使用Clang做为编译器 —— 使用 Clang 交叉编译

使用 Clang 交叉编译

• 1. 介绍
• 2. 交叉编译问题(Cross compilation issues)
• 3. Clang中的通常交叉编译选项(General Cross-Compilation Options in Clang)
• 3.1 Target Triple
• 3.2 CPU、FPU、ABI
• 3.3 工具链选项
• 4. 特定目标的库(Target-Specific Libraries)
• 5. Multilibs

本文为译文，点击 此处查看原文。

1. 介绍

本文档将指导您选择正确的 Clang 选项，以便将代码交叉编译到不一样的体系结构。它假定您已经知道如何为主机体系结构编译相关代码，而且知道如何选择附加的include和库路径。
然而，这个文档不是一个“如何作”的文档，也不会帮助您设置build系统或Makefiles，也不会帮助您选择正确的 CMake 选项，等等。此外，它没有涵盖全部可能的选项，也没有包含特定架构的特定示例。对于一个具体的例子，交叉编译LLVM自己的说明可能会颇有趣。
阅读本文以后，您应该熟悉与交叉编译相关的主要问题，以及 Clang 为执行交叉编译提供了哪些主要编译器选项。

2. 交叉编译问题(Cross compilation issues)

在 GCC 世界中，每一个主机/目标(host/target)组合都有本身的一组二进制文件、头文件、库等。所以，一般很容易下载一个包含全部文件的包，解压缩到一个目录，而后将build系统指向该编译器，该编译器将知道其位置，并在编译代码时找到所需的全部内容。

另外一方面，Clang/LLVM 本质上是一个交叉编译器，这意味着一组程序能够经过设置-target选项编译到全部目标。对于但愿编译到不一样平台和体系结构的程序员，对于只须要维护一个build系统的编译器开发人员，对于OS发布，只须要一组main包，这使得编译变得容易得多。

可是，与任何交叉编译器同样，考虑到不一样体系结构、操做系统和选项的复杂性，要找到头文件、库或binutils来生成目标特定的代码并不老是那么容易。所以，您须要指定选项(options)来帮助 Clang 了解您要编译的目标、工具的位置等等。

另外一个问题是编译器只附带标准库(如compiler-rt、libcxx、libgcc、libm等)，所以您必须找到并提供给构建系统，以及构建软件所需的每一个特定于您的目标(target)的其余库。仅仅安装主机(host)的库是不够的。

最后，并非全部的工具链(toolchains)都是相同的，所以，并非每一个 Clang 选项都能神奇地工做。有些选项，好比--sysroot(它能够有效地更改头文件和库的逻辑根)，假设全部二进制文件和库都在同一个目录中，当发行版的包管理安装了交叉编译器时，这可能不是真的。所以，对于每一个特定的状况，您可使用多个选项，而且在大多数状况下，您最终将手动设置include paths (-I)和library paths (-L)

综上所述，不一样的工具链可能：

• 特定于 host/target 或更灵活
• 放在一个目录中，或者分散在整个系统中
• 默认状况下有不一样的库集和头文件集
• 须要特殊的选项，这是您的构建系统没法本身解决的

3. Clang中的通常交叉编译选项(General Cross-Compilation Options in Clang)

3.1 Target Triple

基本选项是定义目标体系结构。为此，使用-target <triple>。若是不指定目标，CPU 名称将不匹配（由于 Clang 假设host triple），编译将继续进行，为主机平台建立代码，稍后在汇编或连接时代码将中断。

triple 的通常格式为<arch><sub>-<vendor>-<sys>-<abi>，其中：

• arch = x86_64、i386、arm、thumb、mips等。
• sub = v5, v6m, v7a, v7m等。
• vendor = pc, apple, nvidia, ibm,等。
• sys = none, linux, win32, darwin, cuda等。
• abi = eabi, gnu, android, macho, elf等。

固然，sub体系结构选项对于它们本身的体系结构是可用的，因此“x86v7a”没有意义。只有在发生相关更改时才须要指定vendor，例如在PC和Apple之间。大多数状况下，能够忽略它(而且未知)，这将为指定的体系结构设置默认值。system名称一般是OS (linux, darwin)，但也能够像裸金属“none”同样特殊。
当一个参数不重要时，能够省略它，或者您能够选择unknown并使用缺省值。若是您选择一个 Clang 不知道的参数，好比blerg，它将忽略并假设未知，这并不老是须要的，因此要当心。
最后，ABI选项将选择默认的CPU/FPU，定义代码的特定行为(pc、扩展)，并选择正确的库调用，等等。

3.2 CPU、FPU、ABI

一旦指定了目标，就到了选择要编译到的硬件的时候了。对于每种体系结构，都会选择一组默认的CPU/FPU/ABI，所以您几乎老是必须经过flag更改它。
典型的flag包括:

• -mcpu=<cpu-name>，如x86-64, swift, cortex-a15
  -mfpu=<fpu-name>，如SSE3, NEON，控制FP单元可用
• -mfloat-abi=<fabi>，如控制浮点寄存器的软、硬件
  默认值一般是公分母，所以Clang不会生成中断的代码。但这也意味着您没法为特定的硬件得到最佳代码，这可能意味着速度比您预期的要慢几个数量级。

例如，若是您的目标是arm-none-eabi，那么默认的CPU将是使用软浮点数的arm7tdmi，这在现代内核上是很是慢的，而若是您的三元组是armv7a-none-eabi，那么它将是带NEON的Cortex-A8，可是仍然使用软浮点数，这要好得多，可是仍然不是很好。

3.3 工具链选项

控制对交叉编译器的访问有三个主要选项:-sysroot、-I和-L。最后两个是众所周知的，可是对于特定于目标的附加库和头文件来讲，它们尤为重要。
有两种主要的方式得到一个交叉编译器:

1. 当您将交叉编译器从zip文件解压缩到目录中时，必须使用--sysroot=<path>。path是您解压缩文件的根目录，Clang 将查找其中包含的目录bin、lib。
   在这种状况下，您的设置应该已经基本完成(若是不须要额外的头文件或库)，由于Clang将在其中找到它须要的全部二进制文件(汇编器、连接器等)。
2. 当您经过包管理器安装(现代Linux发行版有交叉编译器包可用)时，请确保您设置的目标triple也是交叉编译器工具链的前缀。
   在本例中，Clang 将找到其余二进制文件(汇编器、连接器)，但并不老是在目标头文件和库所在的位置。人们常常在Clang 中添加特定于系统的线索，可是随着事情的变化，它极可能不会发现，而不是相反。
   所以，在这里，若是手动指定include/library目录(经过-I和-L)，将会安全得多。

4. 特定目标的库(Target-Specific Libraries)

做为构建的一部分编译的全部库都将被交叉编译到目标，构建系统可能会在正确的位置找到它们。可是，一般检查的全部依赖项(如libxml或libz等)都将与主机平台匹配，而不是与目标平台匹配。
所以，若是构建系统没有意识到您想交叉编译代码，那么它将错误地得到每一个依赖项，而且编译将在构建期间失败，而不是在配置期间。

此外，查找目标的库并不像查找主机那么容易。大多数OS的包中没有多少跨库可用，因此您必须从源代码交叉编译它们，或者下载目标平台的包，提取库和头文件，将它们放在特定的目录中，并添加-I和-L指向它们。

此外，一些库对不一样的目标具备不一样的依赖关系，所以，在主机中查找依赖关系的配置工具可能会将目标平台的列表弄错。这意味着在设置本身的库路径时，您的构建的配置可能会出错，您必须经过附加标志(configure、Make、CMake等)来扩充它。

5. Multilibs

当您但愿交叉编译到多个配置时，例如hard-float-ARM和soft-float-ARM，您必须拥有库的多个副本和(可能的)头文件。

有些Linux发行版支持Multilib，用一种更简单的方式为你处理，可是若是你不当心，例如，忘记指定-ccc-gcc-name armv7l-linux-gnueabihf-gcc(使用hard-float)，Clang将选择armv7l-linux-gnueabi-ld(使用soft-float)，而且将会发生连接器错误。

若是您正在为不一样的ABIs(如gnueabi和androideabi)编译，甚至可能连接并运行，但会产生运行时错误，这将更加难以跟踪和修复，那么状况也是同样的。