linux交叉编译的原理是什么

蜗牛 互联网技术资讯 2022-05-05 32 0

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在linux中,交叉编译是指在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码,即编译源代码的平台和执行源代码编译后程序的平台是两个不同的平台。使用交叉编译的原因:1、目标系统没有能力在其上进行本地编译;2、有能力进行源代码编译的平台与目标平台不同。

本教程操作环境:linux5.9.8系统、Dell G3电脑。

交叉编译

所谓"交叉编译(Cross_Compile)",是指编译源代码的平台和执行源代码编译后程序的平台是两个不同的平台。比如,在Intel x86架构/Linux(Ubuntu)平台下、使用交叉编译工具链生成的可执行文件,在ARM架构/Linux下运行。

简单地说,就是在一个平台上生成另一个平台上的 可执行代码。同一个 体系结构可以运行不同的操作系统;同样,同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。

交叉编译是相对复杂的,必须考虑如下几个问题:

  • CPU架构:比如ARM,x86,MIPS等等;

  • 字节序:大端(big-endian)和小端(little-endian);

  • 浮点数的支持;

  • 应用程序二进制接口(Application Binary Interface,ABI);

为什么要使用交叉编译呢?主要有两个原因:

  • 交叉编译的目标系统一般都是内存较小、显示设备简陋甚至没有,没有能力在其上进行本地编译;

  • 有能力进行源代码编译的平台CPU架构或操作系统与目标平台不同;

交叉编译工具链是进行交叉编译的必不可少的工具,是嵌入式开发人员必须熟练掌握的技能。

为什么交叉编译很难?

便携式本机编译很困难。

大多数程序是在 x86 硬件上开发的,在本地编译的。交叉编译会遇到两种类型的问题:程序本身的问题和构建系统的问题。

第一类问题会影响所有非 x86 目标,包括本机和交叉构建。大多数程序对运行的机器类型做出假设,必须与相关平台匹配,否则程序将无法运行。常见的假设包括:

  • Word size - 将指针复制到 int 可能会在 64 位平台上丢失数据,通过乘以 4 而不是 sizeof(long) ,确定 malloc 的大小不好。整数溢出导致细微安全漏洞,ala“if (x+y < size) memset(src+x,0,y);”,当 x=1000 时,在 32 位硬件上产生 4 GB 的 memset y=0xFFFFFFF0...

  • Endianness - 不同的系统用不同的方式在内部存储二进制数据,从磁盘或网络中,读取 int 或 float 数据可能需要转换。

  • Alignment - 某些平台(例如 arm)只能从 4 字节的偶数倍的地址,读取或写入整数,否则出现段错误。处理任意alignment的处理,未alignment的数据都较慢,编译器通常会填充结构alignment变量。将结构视为可以发送到磁盘或通过网络发送的数据块,需要额外的工作确保一致的表示。

  • 默认签名- “char”数据类型,默认为有符号或无符号,因平台而异(从编译器到编译器),导致一些非常令人惊讶的错误。简单解决方法是提供一个编译器参数,如“-funsigned-char”,强制默认值为已知值。

  • NOMMU - 如果目标平台没有内存管理单元,需要更改几项内容。需要 vfork(),不是 fork(),只有某些类型的 mmap() 工作(共享或只读,但不能在写入时复制),堆栈不会动态增长。

大多数包的目标是在本地编译时可移植,至少会接受补丁,修复提交到适当的开发邮件列表的任何上述问题(NOMMU 问题除外)。

然后是交叉编译。

linux交叉编译的原理是什么  linux 第1张

除了本机编译的问题外,交叉编译还有其自身的一系列问题:

  • 配置问题- 具有单独配置步骤的包(标准 configure/make/make install 的“./configure”部分),通常会测试字节顺序或页面大小等内容,在本机编译时可移植。交叉编译时,这些值在主机系统和目标系统之间不同,在主机系统上运行测试,给出错误的答案。当目标没有该软件包或版本不兼容时,配置检测主机上,是否存在软件包支持。

  • HOSTCC vs TARGETCC -构建过程需要编译在主机系统上运行,如上述配置测试,或生成代码的程序(如创建 .h 文件的 C 程序,在main构建期间 #included )。用目标编译器替换主机编译器,破坏在构建过程中运行库。这样的库需要访问主机和目标编译器,需要说明何时使用。

  • 工具链泄漏- 配置不当的交叉编译工具链,将主机系统的一些内容泄漏到已编译的程序中,导致通常易于检测,但难以诊断和纠正的故障。工具链可能 #include 错误的头文件,或在链接时搜索错误的库路径。共享库通常依赖于其它共享库,可能会潜入对主机系统的意外链接时引用。

  • 库- 动态链接的程序必须在编译时,访问适当的共享库。目标系统的共享库,需要添加到交叉编译工具链中,以便程序可以链接到。

  • 测试- 在本机构建上,开发系统提供了方便的测试环境。交叉编译时,确认“hello world”构建成功,可能需要(至少)配置引导加载程序,内核,根文件系统和共享库。

linux交叉编译的原理是什么  linux 第2张

  • 脚注 1:计算机类型之间最显着的区别是执行程序的处理器,其它差异包括库 ABI(例如 glibc 与 uClibc),具有可配置字节序的机器(arm 与 armeb),或不同模式的机器,可以运行 32 位和 64 位代码(例如 x86 上的 x86-64)。

  • 脚注 2:在构建编译器时,第三种类型称为“加拿大交叉”,一种不在主机系统上运行的交叉编译器。加拿大交叉构建了一个编译器,该编译器在一个目标平台上运行,另一台目标机器生成代码。首先创建从主机到第一个目标的临时交叉编译器,作为第二个目标构建另一个交叉编译器构建这样的外部编译器。第一个交叉编译器的目标成为运行新编译器的主机,第二个目标是新编译器生成输出的平台。这种技术通常用于为目标平台交叉编译新的本机编译器。

  • 脚注 3:现代桌面系统足够快,模拟目标在模拟器下进行本地编译,实际上是一种可行的策略。比交叉编译慢得多,需要为目标查找或生成本机构建环境(无论如何都必须设置交叉编译器),可能会因模拟器和要部署的真实硬件之间的差异崩溃。

  • 脚注 4:交叉编译工具链倾向于为其实用程序的名称加上前缀,ala “armv5l-linux-gcc”。如果简单地称为“gcc”,主机和本机编译器就不能同时在 $PATH 中。

linux交叉编译的原理是什么  linux 第3张

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