一次搞定 Arm Linux 交叉編譯

為什麼要交叉編譯

交叉編譯其實是相對於本地編譯(native build)來說的，我相信大家最開始學習 C/C++ 這些語言的時候，都是在電腦上寫程序，然後在電腦上編譯生成可執行文件，最後在電腦上運行。程序的編輯——》編譯——》運行，整個過程都是在一臺 X86 電腦上。

當我們開始接觸嵌入式開發後，事情變的不一樣了，你在電腦上寫程序，在電腦上編譯出可執行文件，最後這個可執行文件需要下載到你的開發板上運行。程序最後運行的環境變了，比如你的開發板是基於 Arm 的——程序在 X86 上編輯，編譯，最終運行在另一個和 X86 完全不同的架構的 Arm 晶片上。

之所以整個流程變成了這個樣子，這是由嵌入式系統的特性決定的：一般嵌入式系統裡面使用的晶片性能都比較弱，而且絕大部分都不能像 X86 一樣運行 Windows/Ubuntu 桌面系統，即使能運行，性能也很弱，無法給你提供一個在開發板上寫代碼、編譯代碼的環境。所以我們還是離不開 X86 電腦強大高效的桌面環境進行軟體開發。

但是這樣有一個問題，X86、Arm、MIPS、RISC-V 這些晶片，它們的指令集是由不同的組織或者公司設計的，彼此並不兼容——Arm 和 MIPS 的 CPU 無法運行以 X86 的指令集編碼的程序，反之亦然。所以我們要在 X86 的電腦上編譯出能夠在 Arm 上運行的程序，我們必須明確告訴編譯器，編譯生成的可執行文件需要以 Arm 指令集的標準編碼。為了讓這個流程變得簡單，開發者們為不同的晶片開發了不同的編譯器，比如針對 Arm 平臺的 arm-linux-gcc，針對 mips 平臺的 mips-linux-gnu-gcc，這些編譯器都是基於 GCC 針對具體的架構指令集進行對應配置，所以它們在運行的時候就就會生成和該目標平臺對應的可執行文件。

這篇文章主要講 Arm 的交叉編譯，所以這裡後面都以 Linux 開發環境下的 Arm gcc 為例。

工具鏈的種類

GCC 的命名規則為：arch [-vendor] [-os] [-(gnu)eabi]-gcc

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

帶 [] 的是可選部分。

arch：晶片架構，比如 32 位的 Arm 架構對應的 arch 為 arm，64 位的 Arm 架構對應的 arch 為 aarch64。

vendor ：工具鏈提供商，大部分工具鏈名字裡面都沒有包含這部分。

os ：編譯出來的可執行文件(目標文件)針對的作業系統，比如 Linux。

arm-none-eabi-gcc 一般適用用於 Arm Cortex-M/Cortex-R 平臺，它使用的是 newlib 庫。

arm-linux-gnueabi-gcc 和 aarch64-linux-gnu-gcc 適用於 Arm Cortex-A 系列晶片，前者針對 32 位晶片，後者針對 64 位晶片，它使用的是 glibc 庫。可以用來編譯 u-boot、linux kernel 以及應用程式。

另外需要補充一點的是，32 位的 Arm 和 64 位的 Arm，它們的指令集是不同的，所以需要使用不同的工具鏈。當然，Arm64 為了保證前向兼容，提供了一個 32 位的兼容模式，所以我們用 arm-linux-gnueabi-gcc 編譯的應用程式也是可以直接在Arm64 的系統上運行的，但是 Linux Kernel 和 U-Boot 就不行，除非你提前把 CPU 切換到 32 位模式。曾經有個項目使用了一顆四核的 Arm64 晶片，但是內存只有64M，為了節省空間，在 CPU 運行到 U-Boot 之前，我們就把它切到了 32 位模式，後面的 U-Boot、Linux Kernel，應用全部都用 32 位編譯，加上 Thumb 指令集，節省了不少空間。

工具鏈的下載安裝下載地址

現在 Arm 平臺上用的最廣泛的工具鏈是 Linaro 發布的，大家可以到 Linaro 官網下載，地址如下：

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

同時我發現 Linaro 申明稱後續新版本的工具鏈會通過 Arm 官方發布。

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

4.9、6.3、7.4 這些是工具鏈的版本號，理論上越新的版本，性能越好。

在一次優化 u-boot 大小的時候我發現 6.3 版本的工具鏈生成的二進位文件要比 4.9 版本生成的小几百個字節，進一步對比分析後發現是因為 6.3 版本的工具鏈把代碼中沒用到的一些字符串全部過濾掉了，雖然 4.9 的版本也有過濾，但是沒有 6.3 做的乾淨。

目前用的多的版本應該是 6.x，當然我也看到有些開發組織在使用 7.x 的工具鏈，比如 Armbian 目前在用 7.4 編譯內核。

另外目前最新版本的 U-Boot 已經強制必須使用 6.0 以上版本的 GCC 進行編譯。

這兩個網站下載可能會比較慢，可以考慮使用國內的鏡像下載：

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

下載

可以直接點擊下載，也可以通過命令行用 wget 命令下載：

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

下載了兩個，arm 針對是是 32 位的， aarch64 針對 Arm64.

安裝

解壓：

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

安裝到 /usr/local/toolchain/ 目錄下，當然也可以放在其他任何你喜歡的地方：

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/

成功後執行 ls 命令，可以看到兩個 toolchain 都被安裝到 /usr/local/toolchain/ 目錄下了。

添加環境變量

只有把可執行文件對應的路徑加入到 PATH 環境變量裡，系統才可以認到這些命令。

這裡的路徑就是上面截圖中 pwd 命令顯示的路徑，可以添加到 ~/.bashrc 文件的最後：

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：兩個獨立的路徑之間用 冒號 : 隔開。

執行 source~/.bashrc 命令讓配置生效，然後我們就可以在命令行裡執行這些命令了：

比如 arm-linux-gnueabihf-gcc-v 和 aarch64-linux-gnu-gcc-v 查看編譯器版本：

能看到如圖的信息，說明已經大功告成了。

編譯內核

這裡下載 imx 的官方內核：

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

切換到 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

編譯：

make ARCH=arm imx_v7_defconfig

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

如果你電腦上其他的依賴庫都安裝的完整，就能順利編譯成功。