一次搞定 Arm Linux 交叉编译

交叉编译

为何要交叉编译

交叉编译实际上是相对于本地编译(native build)来讲的，我相信你们最开始学习 C/C++ 这些语言的时候，都是在电脑上写程序，而后在电脑上编译生成可执行文件，最后在电脑上运行。程序的编辑——》编译——》运行，整个过程都是在一台 X86 电脑上。

当咱们开始接触嵌入式开发后，事情变的不同了，你在电脑上写程序，在电脑上编译出可执行文件，最后这个可执行文件须要下载到你的开发板上运行。程序最后运行的环境变了，好比你的开发板是基于 Arm 的——程序在 X86 上编辑，编译，最终运行在另外一个和 X86 彻底不一样的架构的 Arm 芯片上。

之因此整个流程变成了这个样子，这是由嵌入式系统的特性决定的：通常嵌入式系统里面使用的芯片性能都比较弱，并且绝大部分都不能像 X86 同样运行 Windows/Ubuntu 桌面系统，即便能运行，性能也很弱，没法给你提供一个在开发板上写代码、编译代码的环境。因此咱们仍是离不开 X86 电脑强大高效的桌面环境进行软件开发。

可是这样有一个问题，X8六、Arm、MIPS、RISC-V 这些芯片，它们的指令集是由不一样的组织或者公司设计的，彼此并不兼容——Arm 和 MIPS 的 CPU 没法运行以 X86 的指令集编码的程序，反之亦然。因此咱们要在 X86 的电脑上编译出可以在 Arm 上运行的程序，咱们必须明确告诉编译器，编译生成的可执行文件须要以 Arm 指令集的标准编码。为了让这个流程变得简单，开发者们为不一样的芯片开发了不一样的编译器，好比针对 Arm 平台的 arm-linux-gcc，针对 mips 平台的 mips-linux-gnu-gcc，这些编译器都是基于 GCC 针对具体的架构指令集进行对应配置，因此它们在运行的时候就就会生成和该目标平台对应的可执行文件。

这篇文章主要讲 Arm 的交叉编译，因此这里后面都以 Linux 开发环境下的 Arm gcc 为例。

工具链的种类

GCC 的命名规则为： arch [-vendor] [-os] [-(gnu)eabi]-gcc

好比 arm-linux-gnueabi-gcc ，arm-none-eabi-gcc， aarch64-linux-gnu-gcc

• 带 [] 的是可选部分。
• arch： 芯片架构，好比 32 位的 Arm 架构对应的 arch 为 arm，64 位的 Arm 架构对应的 arch 为 aarch64。
• vendor ：工具链提供商，大部分工具链名字里面都没有包含这部分。
• os ：编译出来的可执行文件(目标文件)针对的操做系统，好比 Linux。

arm-none-eabi-gcc 通常适用用于 Arm Cortex-M/Cortex-R 平台，它使用的是 newlib 库。

arm-linux-gnueabi-gcc 和 aarch64-linux-gnu-gcc 适用于 Arm Cortex-A 系列芯片，前者针对 32 位芯片，后者针对 64 位芯片，它使用的是 glibc 库。能够用来编译 u-boot、linux kernel 以及应用程序。

另外须要补充一点的是，32 位的 Arm 和 64 位的 Arm，它们的指令集是不一样的，因此须要使用不一样的工具链。固然，Arm64 为了保证前向兼容，提供了一个 32 位的兼容模式，因此咱们用 arm-linux-gnueabi-gcc 编译的应用程序也是能够直接在Arm64 的系统上运行的，可是 Linux Kernel 和 U-Boot 就不行，除非你提早把 CPU 切换到 32 位模式。曾经有个项目使用了一颗四核的 Arm64 芯片，可是内存只有64M，为了节省空间，在 CPU 运行到 U-Boot 以前，咱们就把它切到了 32 位模式，后面的 U-Boot、Linux Kernel，应用所有都用 32 位编译，加上 Thumb 指令集，节省了很多空间。

工具链的下载安装

下载地址

如今 Arm 平台上用的最普遍的工具链是 Linaro 发布的，你们能够到 Linaro 官网下载，地址以下：

http://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/

同时我发现 Linaro 申明称后续新版本的工具链会经过 Arm 官方发布。

https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain

4.九、6.三、7.4 这些是工具链的版本号，理论上越新的版本，性能越好。

在一次优化 u-boot 大小的时候我发现 6.3 版本的工具链生成的二进制文件要比 4.9 版本生成的小几百个字节，进一步对比分析后发现是由于 6.3 版本的工具链把代码中没用到的一些字符串所有过滤掉了，虽然 4.9 的版本也有过滤，可是没有 6.3 作的干净。

目前用的多的版本应该是 6.x，固然我也看到有些开发组织在使用 7.x 的工具链，好比 Armbian 目前在用 7.4 编译内核。

另外目前最新版本的 U-Boot 已经强制必须使用 6.0 以上版本的 GCC 进行编译。

这两个网站下载可能会比较慢，能够考虑使用国内的镜像下载：

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchains/

下载

能够直接点击下载，也能够经过命令行用 wget 命令下载：

wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchains/gcc-linaro-6.3.1-2017.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchains/gcc-linaro-6.4.1-2017.11-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz

下载了两个，arm 针对是是 32 位的， aarch64 针对 Arm64.

安装

解压：

xz -d gcc-linaro-6.3.1-2017.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz 
xz -d gcc-linaro-6.4.1-2017.11-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz

安装到 /usr/local/toolchain/ 目录下，固然也能够放在其余任何你喜欢的地方：

sudo mkdir -p /usr/local/toolchain
tar -xvf gcc-linaro-6.3.1-2017.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar -C /usr/local/toolchain/
sudo tar -xvf gcc-linaro-6.4.1-2017.11-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar -C /usr/local/toolchain/

成功后执行 ls 命令，能够看到两个 toolchain 都被安装到 /usr/local/toolchain/ 目录下了。

添加环境变量

只有把可执行文件对应的路径加入到 PATH 环境变量里，系统才能够认到这些命令。

这里的路径就是上面截图中 pwd 命令显示的路径，能够添加到 ~/.bashrc 文件的最后：

PATH=$PATH:/usr/local/toolchain/gcc-linaro-6.3.1-2017.02-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin:/usr/local/toolchain/gcc-linaro-6.4.
1-2017.11-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin

注意： 两个独立的路径之间用 冒号: 隔开。

执行 source ~/.bashrc 命令让配置生效，而后咱们就能够在命令行里执行这些命令了：

好比 arm-linux-gnueabihf-gcc -v 和aarch64-linux-gnu-gcc -v 查看编译器版本：

能看到如图的信息，说明已经大功告成了。

编译内核

这里下载 imx 的官方内核：

git clone https://source.codeaurora.org/external/imx/linux-imx

切换到 4.19 版本：

git checkout -b imx_v2019.04_4.19.35_1.0.0  origin/imx_v2019.04_4.19.35_1.0.0

编译：

make ARCH=arm imx_v7_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

若是你电脑上其余的依赖库都安装的完整，就能顺利编译成功。

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