定制ToolChain for ARM

zht_sir

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编写：王卫无，北京讯业互联科技有限公司
版本：V1.1
日期：2005年12月31日
联系：wolver@21com.com
更新记录：1）修改glibc配置参数  2）填加CC环境变量的设置
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1、 ToolChain 简介
ToolChain包含许多部件：主要之一是GCC，它可以是本机编译工具或交叉编译工具，GCC由Binuitls工具支持，Binutils是二进制代码维护工具，这些部件是编译程序的必要工具，同时他们也需要C库（glibc）支持。认真考虑一下：定制一套编译工具并不是想像中的易事！如果你还想继续看下去，必须具备如下技能：
    熟悉Linux环境
    熟悉Linux的必要命令和工具的使用
    知道如何配置、编译核心和应用程序
以下章节将介绍怎样定制ARM交叉编译工具集，但对于大多数ARM开发者来说，没有必要亲自做这件事，完全可以用现成的工具集。除非现成的工具集不满足你的使用要求，或者你想提高开发应用的能力。总之，我们强烈建议你使用现成稳定的工具集来做应用开发！
2、 定制ToolChain
首先来看看工作的大至步骤：
    决定目标的名称
    决定目标的存放位置
    编译、安装Binutils
    编译、安装GCC
    编译、安装GLIBC
    让交叉编译工具支持更多编译语言
    测试定制的交叉编译工具
2.1、决定目标的名称
本机编译工具集编译的代码只适用本机（大多数PC是X86）运行，对于ARM开发者来说，需要一个能在本机编译、但编译却生成ARM运行代码的一套交叉编译工具集。
因此，选择一个与本机工具集相异的特定含义的目标名称是非常有必要的。
arm-linux：是个比较受欢迎的名称，支持ELF格式（ARMLinux标准）。除Acorn用户使用老的a.out格式外。
arm-linuxaout：选择a.out格式，ARMLinux基本不支持它了。
arm-aout、arm-coff、arm-elf、arm-thumb：其它的格式名。
你也可以在其中插入版本信息，比如：
armv2：ARMV2核，支持26bit模式。
armv3l、armv3b：ARMV3核，小字节（l）或大字节（b）模式。
armv4l、armv4b：ARMV4核，如：StrongARM、ARM7TDMI、ARM8、ARM9。同样也支持小字节（l）或大字节（b）模式。
armv5l、armv5b：ARMV5核，如：XScale核ARM10。同样也支持小字节（l）或大字节（b）模式。
选择什么名称对定制ARM交叉编译工具集没太大的影响，但用大家常用的名称会比较好些。
2.2、决定目标的存放位置
既然是定制ARM交叉编译工具集，那么就不能覆盖本机的编译工具集（否则,本机将不能再编译本机运行代码！），同时还要考虑本机Linux环境的多用户、多任务特征。因此，选择一个与本机编译工具集不同的多用户共享位置是必要的。
ARM交叉编译工具集的存放位置：在本文中，我们让它等于/usr/local/arm
        （本机编译工具集的存放位置通常在/usr或/usr/local）
ARM交叉编译工具集的名称：在本文中，我们让它等于 arm-pc-linux，表示在本
         地pc上编译，生成的是ARM指令代码（详细规则见glibc的README文件）。
        （本机编译工具集名称通常是: i686-pc-linux-gnu，表示在本地pc上编译，
          生成的是i686指令代码）
ARM核心文件位置：本文中我们让它等于 ~/armlinux 。不过，~/armlinux在这里仅
                 是个联接而已，它指向真正ARM核心源代码位置（见2.4.1描述）。
                 （本机核心存放位置通常在/usr/src/linux）
2.3、编译、安装Binutils
它是GNU（ftp://ftp.gnu.org）工具之一，主要是二进制代码的处理维护工具。
2.3.1、Binutils工具部件简介
add2line：将地址转换成文件名或行号对，以便调试程序。
ar：从体系文件中创建、修改、扩展程序代码。
as：生成汇编程序代码。
c++filt：建立低级语言和用户级语言的名称符号联接，并保持它们的相互关系。
gasp：汇编宏处理器。
ld：目标代码联接，联接各目标代码块，它是生成可执行代码的最终步骤。
nm：从目标代码文件中枚举所有调试符号名。
objcopy：使用GNU BSD库，把目标代码从一文件格试拷贝成另一种格试。
objdump：显示目标文件信息。
readelf：显示elf文件信息。
ranlib：生成索引以加快对归档文件的访问。
size：列出目标模块或文件的代码尺寸。
strings：打印可打印的目标代码字符（至少4个字符），打印字符多少可以控制。对
         于其它格试的文件，打印字符串。
strip：放弃所有符号联接。
2.3.2、Binutils的配置和编译安装
tar -jxvf binutils-2.16.1.tar.bz2 -C ~
cd ~/binutils-2.16.1
make clean
make distclean
./configure --target=arm-pc-linux   --prefix=/usr/local/arm
make
make install
如果安装成功（通常都不会有问题），进入下一步：GCC
2.4、编译、安装GCC
    它是GNU（ftp://ftp.gnu.org）工具之一，是主要的编译处理工具。
2.4.1 ARM核心头文件
    对于本机的编译工具集，通常核心头文件已经安装在/usr/src/linux/include，或被gcc拷贝到搜寻路径内。但对于ARM交叉编译工具集，可能还没有（除非在此前已经安装过），由其是第一次定制。所以，我们需要提取ARM核心头文件。这里我们使用面向AT91RM9200的核心文件linux-2.4.27-vrs1.tar.bz2
（如果是通用核心，那么你需要面向ARM的补丁文件）
tar -jxvf linux-2.4.27-vrs1.tar.bz2 -C ~
cd ~
ln -s linux-2.4.27-vrs1-ATMEL armlinux
好了，我们建立了：~/armlinux 联接
cd ~/armlinux
vim Makefile
检查ARCH := 的行，如果不是arm，请把它改成ARCH := arm，保存退出。
（检查CROSS_COMPILE := /usr/local/arm/bin/arm-pc-linux-，如果不同，修改它）
make clean
make distclean
make menuconfig
配置核心（选择ARM为AT91RM9200和其它相关配置），保存退出。
make dep
（如遇错误终止，看第3部份是否有解答！）
肯定有错误发生而终止！当然，我们并不是想现在编译这个核心，只是理顺核心文件间的关系，以便下面拷贝操作顺利进行......
mkdir /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include
cp -dR  ~/armlinux/include/asm-arm         /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/asm
cp -dR  ~/armlinux/include/linux         /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/linux
好了，我们现在有ARM交叉编译的公用核心头文件了。
2.4.2、gcc配置、编译和安装
阅读gcc源代码INSTALL目录下的文件，获得更多的配置和编译安装帮助。
为了使用前面编译好的Binutils工具，添加路径。
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)
tar -jxvf gcc-3.4.5.tar.bz2 -C ~
cd ~/gcc-3.4.5
2.4.3、第一次安装ARM交叉编译工具gcc
（阅读gcc源代码INSTALL目录下的文件，获得更多的配置、编译和安装帮助）
通常都会遇到问题而使整个过程不能完成，因为以下要素必须考虑：
    既然是第一次安装ARM交叉编译工具，那么本机的glibc支持的应该是本机的编译工具库，而不是ARM交叉编译工具库。并且支持ARM交叉编译工具的其它支持语言（比如：C++、java）的libc库（最终的gcc生成的二进制代码联接需要该库支持）我们也没有，所以，要增加编译开关：
--enable-languages=c --disable-threads --disable-shared
    同理，由于第一次安装ARM交叉编译工具，那么支持的libc库的头文件也没有！所以我们征用Dinhibit_libc来hack（这个词只可意会，不可言传）这个问题。操作如下：
cp ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux     ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux.orig
vim ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux
给TARGET_LIBGCC2_CFLAGS = 增加操作参数
-Dinhibit_libc  -D__gthr_posix_h
保存退出。
让我们来重新配置、编译它......
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)
cd ~/gcc-3.4.5
make clean
make distclean
./configure --target=arm-pc-linux --prefix=/usr/local/arm              --disable-threads  --disable-shared                        --enable-languages=c
（由于上面我们把交叉编译头文件拷贝到了gcc的默认sys-include目录，因此不需要定义--with-headers参数。实际测试中，定义--with-headers反而不能make通过，不知道是否bug）
make
（痛苦的除bug过程！）
（如遇错误终止，看第3部份是否有解答，并且强烈建议你从make clean开始！）
make install
如果安装成功，我们就有了能编译C语言的ARM交叉编译工具gcc了。如果你只是用ARM交叉编译工具编译ARM核心，OK！你可以就此打住。如果想编译用户级代码，继续进入下阶段......
2.5、编译、安装GLIBC
glibc是个C库，几乎所有的应用程序都需要共享它提供的功能（除了kernel、bootload、和其它完全不用C库的功能代码），因此glibc的存在有利益小系统或嵌入系统缩减系统总代码尺寸与存放空间（尽管单个的glibc库是比较大的）。所以，最后的工作就是：构造ARM交叉编译系统的glibc库。
2.5.1、解压源代码
首先解压glibc代码，再解压linuxthreads代码到glibc代码的源码目录下......
tar -jxvf glibc-2.3.6.tar.bz2 -C ~
tar -jxvf glibc-linuxthreads-2.3.6.tar.bz2 -C ~/glibc-2.3.6
2.5.2、glibc配置、编译、安装
阅读glibc源代码下的文件：README、FAQ和INSTALL，获得更多的配置、编译和安装帮助。
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)
export CC=arm-pc-linux-gcc
（定义用刚生成的ARM交叉编译工具编译。否则，生成的glibc库是本地机代码库，而不是ARM指令集代码库！！！）
警告：不能在源代码目录下操作（为什麽？问GNU吧，我也不知道！）......
mkdir ~/temp
cd ~/temp
make clean
make distclean
~/glibc-2.3.6/configure --host=arm-pc-linux                                                --build=i686-pc-linux-gnu                            --with-headers=/usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include             --enable-add-ons=linuxthreads   --enable-shared                    --prefix=/usr/local/arm/arm-pc-linux
（你可能注意到glibc的--prefix值与gcc的配置不一样！是的，你必须这样定义，否则，后面gcc的make过程将因找不到glibc的公用头文件或库而错误终止！）
make
（痛苦的除bug过程！）
（如遇错误终止，看第3部份是否有解答，并且强烈建议你从make clean开始！）
make install
2.6、让交叉编译工具支持更多编译语言
以上虽然完成了交叉编译工具的C编译器，但还不能编译ada、c++、 f77、 java、 objc等语言的程序。
2.6.1、用现有的交叉编译工具重新构造gcc
由于我们现在已经有了基本的C交叉编译工具，将不受2.4.3描述的条件限制。让我们重新构造gcc......
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)
export -n CC
（清出CC环境变量，选用本机默认编译器。否则，重新生成的交叉编译工具gcc不能在本机运行！！！）
恢复先前（2.4.3步骤）修改的t-linux文件：
cp ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux.orig     ~/gcc-3.4.5/gcc/config/arm/t-linux
cd ~/gcc-3.4.5
make clean
make distclean
如果需要支持gcc允许的所有编程语言（牛吧），用下面这个配置：
./configure --target=arm-pc-linux --prefix=/usr/local/arm             --host=i686-pc-linux-gnu                                  --enable-threads=posix
如果仅需要gcc支持C和C++编程语言（简少占用空间），用下面这个配置：
./configure --target=arm-pc-linux --prefix=/usr/local/arm             --host=i686-pc-linux-gnu                                  --enable-threads=posix                                    --enable-languages=c,c++
make
（烧水、泡茶、耐心等待！）
make install
2.6.2、用完整的交叉编译工具重新构造glibc
重复2.5.2的步骤，简单！（继续喝茶！）
2.7、测试定制的交叉编译工具
自己写段Hello Word！的C程序（你不会写不来吧）...比如：hello.c
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(如果/usr/local/arm/bin已经包含在PATH，此步骤省略)
arm-pc-linux-gcc  -O2   -o   hello-c.arm   hello.c
运行编译好的程序：
./hello-c.arm
错误提示：cannot execute binary file
哦！忘了，它要在ARM系统环境运行......把文件拷贝到U盘，挂接在AT91RM9200系统板上（系统板运行的是Linux，可别是什么WinCE之类的$money系统呀！），
运行hello-c.arm，超级终端---终于看见久违的：
Hello Word!
（恭喜：你已经迈入制器殿堂！一代宗师指日可待......）
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3、遇到问题怎么办
以下是本人操作上面步骤时遇到的问题，供以后参考。记录如下：
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Q:  用make dep（或make）ARM核心时，错误提示如下：
    cc1: error: invalid option `short-load-bytes'
A: 参照http://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/1999-11n/msg00649.html
gcc-3.x.x不支持-mshort-load-bytes，而用-malignment-traps代替。
cp ~/armlinux/arch/arm/Makefile  ~/armlinux/arch/arm/Makefile.orig
修改ARM核文件arch/arm/Makefile，用-malignment-traps代替-mshort-load-bytes
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Q：编译glibc提示：核心版本太老，低于2.0.10
A：如果确定你拷贝到sys-include的头文件是从高于2.0.10核中来，比如：本文中用的是2.4.27-vrs1，也提示这个错误，
cp /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/linux/version.h     /usr/local/arm/arm-pc-linux/sys-include/linux/version.h.orig
修改文件versions.h，替换#define UTS_RELEASE "2.4.27-vrs1"用
#define UTS_RELEASE "2.4.27"
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Q：glibc编译错误如下：
   error: `BUS_ISA' undeclared
A：参照http://www.ussg.iu.edu/hypermail/linux/kernel/0311.0/0529.html
kernel-2.4.23以上的核心用CTL_BUS_ISA代替BUS_ISA，
cp ~/glibc-2.3.6/sysdeps/unix/sysv/linux/arm/ioperm.c    ~/glibc-2.3.6/sysdeps/unix/sysv/linux/arm/ioperm.c.orig
所以修改glibc源代码下的文件sysdeps/unix/sysv/linux/arm/ioperm.c 用CTL_BUS_ISA替换BUS_ISA
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Q：glibc编译错误如下：
   ld: cannot find -lgcc_eh
A：参照http://kegel.com/crosstool/crosstool-0.38/patches/glibc-20040822/glibc-2.3.3-libeh-kludge.patch
cp ~/glibc-2.3.6/Makeconfig  ~/glibc-2.3.6/Makeconfig.orig
修改glibc源代码下的文件Makeconfig
#gnulib := -lgcc $(libgcc_eh)#static-gnulib := -lgcc -lgcc_eh $(libunwind)
修改为：gnulib := -lgccstatic-gnulib := -lgcc
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Q: glibc编译错误如下：
../sysdeps/generic/s_fmax.c:28: internal compiler error: in elim_reg_cond, at flow.c:3273
A：参照http://gcc.gnu.org/cgi-bin/cvsweb.cgi/gcc/gcc/flow.c.diff?cvsroot=gcc&only_with_tag=csl-arm-branch&r1=1.563.4.2&r2=1.563.4.3
问题来自gcc的内部，cp ~/gcc-3.4.5/gcc/flow.c  ~/gcc-3.4.5/gcc/flow.c.orig
修改gcc源代码下 ~/gcc-3.4.5/gcc/flow.c 文件，重新编译安装arm-pc-linux-gcc
（重新开始2.4.3步骤，狂晕！）
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