什么是linux交叉編譯

在linux中，交叉編譯是指在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼，即編譯源代碼的平臺和執(zhí)行源代碼編譯后程序的平臺是兩個不同的平臺。使用交叉編譯的原因：1、目標系統(tǒng)沒有能力在其上進行本地編譯；2、有能力進行源代碼編譯的平臺與目標平臺不同。

本教程操作環(huán)境：linux5.9.8系統(tǒng)、Dell G3電腦。

交叉編譯

所謂"交叉編譯（Cross_Compile）"，是指編譯源代碼的平臺和執(zhí)行源代碼編譯后程序的平臺是兩個不同的平臺。比如，在Intel x86架構/Linux（Ubuntu）平臺下、使用交叉編譯工具鏈生成的可執(zhí)行文件，在ARM架構/Linux下運行。

簡單地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的 可執(zhí)行代碼。同一個 體系結構可以運行不同的操作系統(tǒng)；同樣，同一個操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結構上運行。

交叉編譯是相對復雜的，必須考慮如下幾個問題：

• CPU架構：比如ARM，x86，MIPS等等；

• 字節(jié)序：大端（big-endian）和小端（little-endian）；

• 浮點數(shù)的支持；

• 應用程序二進制接口（Application Binary Interface,ABI）；

為什么要使用交叉編譯呢？主要有兩個原因：

• 交叉編譯的目標系統(tǒng)一般都是內(nèi)存較小、顯示設備簡陋甚至沒有，沒有能力在其上進行本地編譯；

• 有能力進行源代碼編譯的平臺CPU架構或操作系統(tǒng)與目標平臺不同；

交叉編譯工具鏈是進行交叉編譯的必不可少的工具，是嵌入式開發(fā)人員必須熟練掌握的技能。

為什么交叉編譯很難？

便攜式本機編譯很困難。

大多數(shù)程序是在 x86 硬件上開發(fā)的，在本地編譯的。交叉編譯會遇到兩種類型的問題：程序本身的問題和構建系統(tǒng)的問題。

第一類問題會影響所有非 x86 目標，包括本機和交叉構建。大多數(shù)程序?qū)\行的機器類型做出假設，必須與相關平臺匹配，否則程序?qū)o法運行。常見的假設包括：

• Word size – 將指針復制到 int 可能會在 64 位平臺上丟失數(shù)據(jù)，通過乘以 4 而不是 sizeof(long) ，確定 malloc 的大小不好。整數(shù)溢出導致細微安全漏洞，ala“if (x+y < size) memset(src+x,0,y);”，當 x=1000 時，在 32 位硬件上產(chǎn)生 4 GB 的 memset y=0xFFFFFFF0…

• Endianness – 不同的系統(tǒng)用不同的方式在內(nèi)部存儲二進制數(shù)據(jù)，從磁盤或網(wǎng)絡中，讀取 int 或 float 數(shù)據(jù)可能需要轉(zhuǎn)換。

• Alignment – 某些平臺（例如 arm）只能從 4 字節(jié)的偶數(shù)倍的地址，讀取或?qū)懭胝麛?shù)，否則出現(xiàn)段錯誤。處理任意alignment的處理，未alignment的數(shù)據(jù)都較慢，編譯器通常會填充結構alignment變量。將結構視為可以發(fā)送到磁盤或通過網(wǎng)絡發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，需要額外的工作確保一致的表示。

• 默認簽名- “char”數(shù)據(jù)類型，默認為有符號或無符號，因平臺而異（從編譯器到編譯器），導致一些非常令人驚訝的錯誤。簡單解決方法是提供一個編譯器參數(shù)，如“-funsigned-char”，強制默認值為已知值。

• NOMMU – 如果目標平臺沒有內(nèi)存管理單元，需要更改幾項內(nèi)容。需要 vfork()，不是 fork()，只有某些類型的 mmap() 工作（共享或只讀，但不能在寫入時復制），堆棧不會動態(tài)增長。

大多數(shù)包的目標是在本地編譯時可移植，至少會接受補丁，修復提交到適當?shù)拈_發(fā)郵件列表的任何上述問題（NOMMU 問題除外）。

然后是交叉編譯。

除了本機編譯的問題外，交叉編譯還有其自身的一系列問題：

• 配置問題- 具有單獨配置步驟的包（標準 configure/make/make install 的“./configure”部分），通常會測試字節(jié)順序或頁面大小等內(nèi)容，在本機編譯時可移植。交叉編譯時，這些值在主機系統(tǒng)和目標系統(tǒng)之間不同，在主機系統(tǒng)上運行測試，給出錯誤的答案。當目標沒有該軟件包或版本不兼容時，配置檢測主機上，是否存在軟件包支持。

• HOSTCC vs TARGETCC -構建過程需要編譯在主機系統(tǒng)上運行，如上述配置測試，或生成代碼的程序（如創(chuàng)建 .h 文件的 C 程序，在main構建期間 #included ）。用目標編譯器替換主機編譯器，破壞在構建過程中運行庫。這樣的庫需要訪問主機和目標編譯器，需要說明何時使用。

• 工具鏈泄漏- 配置不當?shù)慕徊婢幾g工具鏈，將主機系統(tǒng)的一些內(nèi)容泄漏到已編譯的程序中，導致通常易于檢測，但難以診斷和糾正的故障。工具鏈可能 #include 錯誤的頭文件，或在鏈接時搜索錯誤的庫路徑。共享庫通常依賴于其它共享庫，可能會潛入對主機系統(tǒng)的意外鏈接時引用。

• 庫- 動態(tài)鏈接的程序必須在編譯時，訪問適當?shù)墓蚕韼臁Ｄ繕讼到y(tǒng)的共享庫，需要添加到交叉編譯工具鏈中，以便程序可以鏈接到。

• 測試- 在本機構建上，開發(fā)系統(tǒng)提供了方便的測試環(huán)境。交叉編譯時，確認“hello world”構建成功，可能需要（至少）配置引導加載程序，內(nèi)核，根文件系統(tǒng)和共享庫。

• 腳注 1：計算機類型之間最顯著的區(qū)別是執(zhí)行程序的處理器，其它差異包括庫 ABI（例如 glibc 與 uClibc），具有可配置字節(jié)序的機器（arm 與 armeb），或不同模式的機器，可以運行 32 位和 64 位代碼（例如 x86 上的 x86-64）。

• 腳注 2：在構建編譯器時，第三種類型稱為“加拿大交叉”，一種不在主機系統(tǒng)上運行的交叉編譯器。加拿大交叉構建了一個編譯器，該編譯器在一個目標平臺上運行，另一臺目標機器生成代碼。首先創(chuàng)建從主機到第一個目標的臨時交叉編譯器，作為第二個目標構建另一個交叉編譯器構建這樣的外部編譯器。第一個交叉編譯器的目標成為運行新編譯器的主機，第二個目標是新編譯器生成輸出的平臺。這種技術通常用于為目標平臺交叉編譯新的本機編譯器。

• 腳注 3：現(xiàn)代桌面系統(tǒng)足夠快，模擬目標在模擬器下進行本地編譯，實際上是一種可行的策略。比交叉編譯慢得多，需要為目標查找或生成本機構建環(huán)境（無論如何都必須設置交叉編譯器），可能會因模擬器和要部署的真實硬件之間的差異崩潰。

• 腳注 4：交叉編譯工具鏈傾向于為其實用程序的名稱加上前綴，ala “armv5l-linux-gcc”。如果簡單地稱為“gcc”，主機和本機編譯器就不能同時在 $PATH 中。