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交叉编译详解 二 从零制作交叉编译链

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编译环境


主机硬件环境：
 

    $ uname -a
    Linux PC 4.4.0-42-generic #62-Ubuntu SMP Fri Oct 7 23:11:45 UTC 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux


主机软件环境：
 

    $ cat /etc/issue
    Ubuntu 16.04.1 LTS


需要安装的工具：
 

    sudo apt-get install libncurses5-dev
    sudo apt-get install gperf
    sudo apt-get install bison
    sudo apt-get install flex
    sudo apt-get install texinfo
    sudo apt-get install help2man
    sudo apt-get install gawk
    sudo apt-get install libtool
    sudo apt-get install libtool-bin
    sudo apt-get install automake


libncurses5-dev：

developer’s libraries for ncurses（执行 make menuconfig 时需要）


gperf：

一个完美的hash函数生成器。例子可以看这个帖子：


gperf 使用实例


bison：

一个语法分析器生成器。Bison 把一个关于“向前查看 从左到右 最右”(LALR) 上下文无关文法的描述转化成可以分析该文法的 C 或 C++ 程序。它也可以为二义文法生成 “通用的 从左到右 最右” (GLR)语法分析器


flex：

词法分析器


texinfo：

是Linux系统提供的另外一种格式的帮助信息。和man相比，textinfo具有更好交互功能。它支持链接跳转功能，通常使用info和pinfo命令来阅读textinfo文档


help2man：

一个可以自动为我们的程序生成man手册的工具


gawk：

linux下用于查找替换的文本工具


libtool / libtool-bin：

Generic library support script


automake:

Tool for generating GNU Standards-compliant Makefiles

备注：

  • 不同的环境需要安装的工具不完全一致，出错时可以根据错误提示来排查
  • 各种工具的描述可以使用

    apt-cache search XXX

    命令去查询

配置全局变量

    export PRJROOT=/home/user/tool_prj1         # 修改为自己的工程所在的目录
    export TARGET=arm-none-linux-gnueabi
    export PREFIX=${PRJROOT}/tool-chain
    export TARGET_PREFIX=${PREFIX}/${TARGET}
    export PATH=${PREFIX}/bin:${PATH}
    export ARCH=arm
    export BINUTILS_VERSION=binutils-2.27
    export GCC_VERSION=gcc-5.4.0
    export GLIBC_VERSION=glibc-2.23
    export KERNEL_VERSION=linux-4.4.25

目录结构

    $ tree -L 2
    tool_prj1
    ├── build                       # src的编译目录
    ├── script                      # 脚本工具目录
    │   ├── toolchain_build.sh        # 自己写的自动化编译脚本，后续的命令都集成在了这个脚本中
    │   └── toolchain_config.lst      # 用于配置全局变量
    ├── setup                       # 保存下载的源码包
    │   ├── binutils-2.27.tar.bz2
    │   ├── gcc-5.4.0.tar.bz2
    │   ├── glibc-2.23.tar.bz2
    │   └── linux-4.4.25.tar.xz
    ├── src                         # 解压后的源码文件
    └── tool-chain                  # 工具链安装位置

源码包下载

    cd setup
    wget http://ftp.gnu.org/gnu/binutils/$BINUTILS_VERSION.tar.bz2
    wget http://ftp.gnu.org/gnu/gcc/$GCC_VERSION/$GCC_VERSION.tar.bz2
    wget ftp://ftp.gnu.org/gnu/glibc/$GLIBC_VERSION.tar.bz2
    wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/$KERNEL_VERSION.tar.xz

binutils


编译流程
 

    cd src/
    tar -jxf ../setup/$BINUTILS_VERSION.tar.bz2
    mkdir ../build/$BINUTILS_VERSION
    cd ../build/$BINUTILS_VERSION
    sh ../../src/$BINUTILS_VERSION/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --disable-nls --enable-shared
    make
    make install


选项详解


–target=${TARGET}

编译好的程序能够处理的平台

注：build/host/target是一组相关参数，各项描述如下：

  • build 当前编译使用的机器
  • host 编译好的程序能够运行的平台
  • target 编译好的程序能够处理的平台

比如我们需要在i386机器上为arm开发板编译一个可以处理mips程序的gcc，那么相关参数如下：

  • build=i386-linux
  • host=arm-linux
  • target=mips-linux


–prefix=${RESULT_DIR}

告诉配置脚本当运行 make install 时，把编译好的东西安装在RESULT_DIR目录


–disable-nls

这里nls的意思是本地语言支持（Native Language Support）


–enable-shared

编译出共享链接库


检查编译结果
 

    $ ls ../../tool-chain/bin/
    arm-none-linux-gnueabi-addr2line  arm-none-linux-gnueabi-c++filt  arm-none-linux-gnueabi-ld      arm-none-linux-gnueabi-objcopy  arm-none-linux-gnueabi-readelf  arm-none-linux-gnueabi-strip
    arm-none-linux-gnueabi-ar         arm-none-linux-gnueabi-elfedit  arm-none-linux-gnueabi-ld.bfd  arm-none-linux-gnueabi-objdump  arm-none-linux-gnueabi-size
    arm-none-linux-gnueabi-as         arm-none-linux-gnueabi-gprof    arm-none-linux-gnueabi-nm      arm-none-linux-gnueabi-ranlib   arm-none-linux-gnueabi-strings

制作Linux内核头文件


编译流程
 

    cd src
    tar -xf ../setup/$KERNEL_VERSION.tar.xz
    cd $KERNEL_VERSION
    make ARCH=$ARCH CROSS_COMPILE=$TARGET- INSTALL_HDR_PATH=$PREFIX/$TARGET headers_install

这一步是为了导出内核的头文件，后面编译GLIBC时需要


选项详解


ARCH

目标处理器的架构是arm处理器


CROSS_COMPILE

编译程序所用的交叉工具链的名称


INSTALL_HDR_PATH

头文件需要安装的位置


headers_install

make的执行动作为安装头文件


检查结果
 

    $ ls $PREFIX/$TARGET
    bin  include  lib

可以看见

include

文件夹

建立初始化GCC编译器


功能介绍

这一步主要是建立arm-linux-gcc工具，注意这个gcc没有glibc库的支持，所以只能用于编译内核、BootLoader等不需要C库支持的程序，后面创建C库也要用到这个编译器。如果只想编译内核和BootLoader，那么安装完这个就可以到此结束


编译流程
 

    cd src
    tar -jxf ../setup/$GCC_VERSION.tar.bz2
    cd $GCC_VERSION
    ./contrib/download_prerequisites    # 下载mpfr/gmp/mpc/isl
    mkdir ../../build/$GCC_VERSION
    cd ../../build/$GCC_VERSION
    sh ../../src/$GCC_VERSION/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --disable-shared --disable-threads --without-headers --disable-libmudflap --enable-languages=c,c++ --disable-nls
    make all-gcc
    make install-gcc
    make all-target-libgcc
    make install-target-libgcc

注意：GCC需要四个库

mpfr/gmp/mpc/isl

，当前的GCC可以使用

./contrib/download_prerequisites

脚本直接下载


  • mpfr

  • gmp

  • mpc

  • isl


选项详解


–disable-shared

不使用共享库


–disable-threads

不使用线程功能


–without-headers

不使用目标对象的头文件


–disable-libmudflap

暂时不清楚这个配置是什么意思


–enable-languages=c,c++

支持C/C++语言

其它详细的参数介绍可以参考文档：

gcc/doc/gccinstall.info


检查结果
 

    $ ls tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc*
    tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc        tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc-ar  tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc-ranlib
    tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc-5.4.0  tool-chain/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc-nm

可以看见GCC已经存在

GLibc


编译流程
 

    cd src
    tar -jxf ../setup/$GLIBC_VERSION.tar.bz2
    mkdir ../build/$GLIBC_VERSION
    cd ../build/$GLIBC_VERSION
    sh ../../src/$GLIBC_VERSION/configure --host=$TARGET --prefix=$PREFIX/$TARGET --with-tls --disable-profile --enable-add-ons --with-headers=$PREFIX/$TARGET/include libc_cv_forced_unwind=yes libc_cv_c_cleanup=yes libc_cv_arm_tls=yes --disable-nls
    make CC=$TARGET-gcc AR=$TARGET-ar RANLIB=$TARGET-ranlib
    make install


选项详解


–with-headers=@var{directory}

Look for kernel header files in @var{directory}


–with-tls

This tells Glibc to use Thread Local Storage


–disable-profile

Don’t build libraries with profiling information


–enable-add-ons

Specify add-on packages to include in the build


libc_cv_forced_unwind=yes


libc_cv_c_cleanup=yes


libc_cv_arm_tls=yes

不清楚这三个参数的配置意义

其它详细的参数介绍可以参考文档：

manual/install.texi


检查结果
 

    $ ls tool-chain/arm-none-linux-gnueabi/lib
    audit          libanl-2.23.so           libc.a            libc.so        libm.a          libnss_compat-2.23.so  libnss_files-2.23.so    libnss_nisplus.so.2     libresolv-2.23.so  libSegFault.so       Scrt1.o
    crt1.o         libanl.a                 libcidn-2.23.so   libc.so.6      libmcheck.a     libnss_compat.so       libnss_files.so         libnss_nis.so           libresolv.a        libthread_db-1.0.so
    crti.o         libanl.so                libcidn.so        libdl-2.23.so  libmemusage.so  libnss_compat.so.2     libnss_files.so.2       libnss_nis.so.2         libresolv.so       libthread_db.so
    crtn.o         libanl.so.1              libcidn.so.1      libdl.a        libm.so         libnss_db-2.23.so      libnss_hesiod-2.23.so   libpcprofile.so         libresolv.so.2     libthread_db.so.1
    gconv          libBrokenLocale-2.23.so  libc_nonshared.a  libdl.so       libm.so.6       libnss_db.so           libnss_hesiod.so        libpthread-2.23.so      librpcsvc.a        libutil-2.23.so
    gcrt1.o        libBrokenLocale.a        libcrypt-2.23.so  libdl.so.2     libnsl-2.23.so  libnss_db.so.2         libnss_hesiod.so.2      libpthread.a            librt-2.23.so      libutil.a
    ld-2.23.so     libBrokenLocale.so       libcrypt.a        libg.a         libnsl.a        libnss_dns-2.23.so     libnss_nis-2.23.so      libpthread_nonshared.a  librt.a            libutil.so
    ld-linux.so.3  libBrokenLocale.so.1     libcrypt.so       libieee.a      libnsl.so       libnss_dns.so          libnss_nisplus-2.23.so  libpthread.so           librt.so           libutil.so.1
    ldscripts      libc-2.23.so             libcrypt.so.1     libm-2.23.so   libnsl.so.1     libnss_dns.so.2        libnss_nisplus.so       libpthread.so.0         librt.so.1         Mcrt1.o

建立完整GCC编译器


编译流程
 

    cd build/$GCC_VERSION
    rm -rf *                        # 删除以前的配置
    sh ../../src/$GCC_VERSION/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-languages=c,c++ --enable-shared --disable-nls
    make
    make install

验证完整编译链


动态编译
 

    $ arm-none-linux-gnueabi-gcc -o hello hello.c
    $ arm-none-linux-gnueabi-strip hello
    $ file hello
    hello: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux.so.3, for GNU/Linux 2.6.32, stripped


静态编译
 

    $ arm-none-linux-gnueabi-gcc -o hello hello.c -static
    $ arm-none-linux-gnueabi-strip hello
    $ file hello
    hello: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), statically linked, for GNU/Linux 2.6.32, stripped


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