交叉编译工具链制作过程详解文章一
转载：http://www.cnblogs.com/Torres_fans/archive/2010/09/02/1815740.html
虽然我用的版本是fedora 9.0,但是我想ubuntu还是应该会有借鉴作用的。通过这篇文章的转载，让我对GCC编译器有了更多的认识，故此，保留此文，以备查阅！
引自：http://blog.163.com/snihje_01/blog/static/839041592009415111114504/
实验室的机器配置太低，速度太慢实在是受不了。说是已经升级了，内存从128M升级到了256M。My god!这年头还能到什么地方找那么多128的内存条去阿？哇嘎嘎。真是服了。。。哈
打开一个pdf文件要等老半天。基本上没有办法工作。于是想在自己的笔记本上做一个交叉编译环境。我的机器配置也不高，但是相对于实验室的机器来说已经相 当不错了。我的机器是单操作系统：只有Ubuntu8.0.4。感觉和windows XP差不多。XP下有的东西，ubuntu下基本上也有。
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在进行嵌入式在进行嵌入式开发之前，首先要建立一个交叉编译环境，这是一套编译器、连接器和libc库等组成的开发环境。本文结合自己做嵌入式交叉编译开发工作的经验，同时结合自己的体会，做了一个介绍：
随着消费类电子产品的大量开发和应用和Linux操作系统的不断健壮和强大，嵌入式系统越来越多的进入人们的生活之中，应用范围越来越广。
在裁减和定制Linux，运用于你的嵌入式系统之前，由于一般嵌入式开发系统存储大小有限，通常你都要在你的强大的pc机上建立一个用于目标机的交叉编译 环境。这是一个由编译器、连接器和解释器组成的综合开发环境。交叉编译工具主要由 binutils、gcc 和 glibc 几个部分组成。有时出于减小 libc 库大小的考虑，你也可以用别的 c 库来代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。建立一个交叉编译工具链是一个相当复杂的过程，如果你不想自己经历复杂的编译过程，网上有一些编译好的可用的交叉编译工具链可以下载。
交叉编译介绍
交叉编译就是在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。
这里说的平台分别指的是主机平台Host和目标平台Target。
就我们在ARM平台上移植Linux来说,Host是一台一般的PC机,它通过串口或网络接口与Target通 信;Target是arm-linux平台(这里说的arm指的是平台所使用的CPU是ARM9处理器,linux指的是运行的操作系统是Linux)。
我们在Host上开发程序,并在这个平台上运行交叉编译器Cross Complier,编译我们的程序,而由Cross Complier生成的程序将在Target上运行。
目前常用的交叉开发环境主要有开放和商业两种类型。
– 开放的交叉开发环境的典型代表是GNU工具链,目前已能够支持x86、ARM、PowerPC等多种处理器。
– 商业的交叉开发环境主要有Metrowerks CodeWarrior、ARM Software Development Toolkit等。
常用在ARM平台的GNU Toolchain:
arm-linux-gcc:交叉编译linux内核
arm-elf-gcc:主要交叉编译uclinux内核
arm-uclinux-gcc:交叉编译uclinux内核
主要下载网址?
下载下来之后的几种安装方式：
sh脚本方式安装(.sh)
– sh arm-elf-tools-20030314.sh
tar解压方式安装(.tar.gz)
– tar zxvf arm-linux-gcc-2.95.3.tar.gz
rpm安装包方式安装(.rpm)
– rpm –ivh arm-linux-gcc-2.95.3-3.i386.rpm
– rpm –ivh arm-linux-binutils-2.12.1-1.i386.rpm
– rpm –ivh arm-linux-glibc-2.2.5-1.i386.rpm
安装目录:/usr/local/bin/arm-elf-xxx
/usr/local/arm-linux/bin/arm-linux-xxx
/usr/local/arm-uclinux-tool/bin/arm-uclinux-xxx
为了在命令行中能够寻找到交叉编译器,我们需要把他所在的路径加入到PATH环境变量中(例:/usr/local/arm/bin:$PATH )。
交叉编译环境的组成：
binutils工具包:包括连接器、汇编器以及其他用于目标文件和档案的工具,如as汇编器,ld连接器等。
gcc工具包:工具链的主角,包括c编译器gcc、c++编译器g++等。
glibc库:提供系统调用的基本函数的C库,比如,printf、open等。
gdb调试工具:运行在target上的调试程序,通过串口和TCP/IP和主机连接,进行远距离调试。
需要交叉编译的原因:
首先,在项目的起始阶段,目标平台尚未建立,因此需要做交叉编译,以生成我们所需要的Bootloader以及kernel(因为Bootloader和kernel的源码需要经过交叉编译后才可以在目标平台上运行);
其次,当目标平台能启动之后,由于目标平台上资源的限制,当我们编译大型程序时,依然可能需要用到交叉编译。
因此，建立交叉编译环境是进行嵌入式软件开发的第一步。
下面我们将以建立针对arm的交叉编译开发环境为例来说明整个交叉编译器DIY的过程，其他的体系结构与这个相类似，只要作一些对应的改动。我的开发环境是，宿主机 i386-ubuntu-8.04，目标机arm。
因为Linux内核版本多,不同的版本存在不同的bug,加之众多版本的工具链也存在不同的bug,这些bug针对不同的硬件(比如CPU类型等),需要多方测试,寻找合适的补丁程序。
我是从网上看到大家都按如下的这个过程进行（我也是这么做的）：
1. 下载源文件、补丁和建立编译的目录
2. 建立内核头文件
3. 建立二进制工具（binutils）
4. 建立初始编译器（bootstrap gcc）
5. 建立c库(glibc)
6. 建立全套编译器（full gcc）
http://www.linuxfromscratch.org/ 下载到这些补丁。
再将你下载的 binutils-2.10.1、gcc-2.95.3、glibc-2.2.3 和 glibc-linuxthreads-2.2.3 的源代码放入 build-tools 目录中
看一下你的 build-tools 目录，有以下内容：
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools# ls
binutils-2.10.1.tar.gz build-gcc gcc-patch build-binutils build-glibc glibc-2.2.3.tar.gz build-boot-gcc gcc-2.95.3.tar.gz glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz |
建立内核头文件
把你从 www.kernel.org 下载的内核源代码放入 $PRJROOT /kernel 目录
进入你的 kernel 目录：
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools# cd $PRJROOT/kernel |
解开内核源代码
| tar -zxvf linux-2.4.21.tar.gz |
或者
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel# tar -jxvf linux-2.4.21.tar.bz2 |
小于 2.4.19 的内核版本解开会生成一个 linux 目录，没带版本号，就将其改名。
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel# dir
linux-2.4.21 linux-2.4.21.tar.bz2 |
给 Linux 内核打上你的补丁
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel# cd linux-2.4.21
root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21# patch -p1 < ../patch-2.4.21-rmk2 |
编译内核生成头文件
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21# make ARCH-arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menconfig |
这时候出现了一个问题：感觉很头疼，于是上新立得软件管理器搜所谓的Ncurses，搜到了之后，准备安装的时候又出现了一个问题。大概意思是说，ncurses依赖的文件版本是5.5但是要安装的是5.6故不能安装。
| 错误描述：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menuconfig No architecture defined. You may want to use a pre-packaged config. make a5k_config, ebsa110_config, footbridge_config, etc. No architecture defined. You may want to use a pre-packaged config. make a5k_config, ebsa110_config, footbridge_config, etc. rm -f include/asm ( cd include ; ln -sf asm-arm asm) make -C scripts/lxdialog all make[1]: Entering directory `/home/tang/cross_cmp/kernel/linux-2.4.21/scripts/lxdialog' /usr/bin/ld: cannot find -lncurses collect2: ld returned 1 exit status -e >> Unable to find the Ncurses libraries. >> >> You must have Ncurses installed in order >> to use 'make menuconfig' make[1]: *** [ncurses] Error 1 make[1]: Leaving directory `/home/tang/cross_cmp/kernel/linux-2.4.21/scripts/lxdialog' make: *** [menuconfig] Error 2 Ncurses的作用：提供字符终端处理库，包括面板和菜单。进行如下的几步进行安装。解决办法： （1）于是直接上网搜5.5的tar包直接安装。 下载地址：（http://packages.debian.org/source/etch/ncurses） （2）、安装ncurses ncurses是字符终端下屏幕控制的基本库。可能很多新开发的程序都不使用了，不过如果要编译一些老程序，还经常遇得到。 安装： http://ftp.gnu.org/pub/gnu/ncurses/ ./configure --without-debug #以及其它自己需要的参数 make make install （3），继续你的make menuconfig。 图形界面出来 |
解决完事之后你就可以用下一步了。
这里用的是menuconfig，其实你也可以用 config 和 xconfig 来代替 menuconfig，但这样用可能会没有设置某些配置文件选项和没有生成下面编译所需的头文件。推荐大家用 make menuconfig，这也是内核开发人员用的最多的配置方法。配置完退出并保存，检查一下的内核目录中的 include/linux/version.h 和 include/linux/autoconf.h 文件是不是生成了，这是编译 glibc 是要用到的，version.h 和 autoconf.h 文件的存在，也说明了你生成了正确的头文件。
还要建立几个正确的链接：
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root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21# cd include/ root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include# ln -s asm-arm asm root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include# cd asm root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# ln -s arch-epxa arch root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# ln -s proc-armv proc |
接下来为你的交叉编译环境建立你的内核头文件的链接：
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# mkdir -p $TARGET_PREFIX/include
root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# ln -s $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/linux $TARGET_PREFIX/include/linux root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# ln -s $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/asm-arm $TARGET_PREFIX/include/asm |
也可以把 Linux 内核头文件拷贝过来用(推荐使用这种方法，前面的ln文件路径写不正确的话，则有可能会出问题。)
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# mkdir -p $TARGET_PREFIX/include
root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# cp -r /home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm $TARGET_PREFIX/include root@tang-laptop:/home/tang/cross/kernel/linux-2.4.21/include/asm# cp -r $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/linux $TARGET_PREFIX/include |
（三）建立二进制工具（binutils）
binutils是一些二进制工具的集合，其中包含了我们常用到的as和ld。
首先，我们解压我们下载的binutils源文件。
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$cd $PRJROOT/build-tools $tar -xvjf binutils-2.10.1.tar.bz2 |
然后进入build-binutils目录配置和编译binutils。
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$cd build-binutils $../binutils-2.10.1/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX |
--target 选项是指出我们生成的是 arm-linux 的工具，--prefix 是指出我们可执行文件安装的位置。
会出现很多 check，最后产生 Makefile 文件。
| 配置要完成的时候，最后会显示如下两句话。
creating ./config.status creating Makefile |
有了 Makefile 后，我们来编译并安装 binutils，命令很简单。
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$make $make install |
看一下我们 $PREFIX/bin 下的生成的文件
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools/build-binutils# ls $PREFIX/bin
arm-linux-addr2line arm-linux-gasp arm-linux-objdump arm-linux-strings arm-linux-ar arm-linux-ld arm-linux-ranlib arm-linux-strip arm-linux-as arm-linux-nm arm-linux-readelf arm-linux-c++filt arm-linux-objcopy arm-linux-size |
我们来解释一下上面生成的可执行文件都是用来干什么的
add2line - 将你要找的地址转成文件和行号，它要使用 debug 信息。
Ar-产生、修改和解开一个存档文件
As-gnu 的汇编器
C++filt-C++ 和 java 中有一种重载函数，所用的重载函数最后会被编译转化成汇编的标号，c++filt 就是实现这种反向的转化，根据标号得到函数名。
Gasp-gnu 汇编器预编译器。
Ld-gnu 的连接器
Nm-列出目标文件的符号和对应的地址
Objcopy-将某种格式的目标文件转化成另外格式的目标文件
Objdump-显示目标文件的信息
Ranlib-为一个存档文件产生一个索引，并将这个索引存入存档文件中
Readelf-显示 elf 格式的目标文件的信息
Size-显示目标文件各个节的大小和目标文件的大小
Strings-打印出目标文件中可以打印的字符串，有个默认的长度，为4
Strip-剥掉目标文件的所有的符号信息
（四）建立初始编译器（bootstrap gcc）
首先进入 build-tools 目录，将下载 gcc 源代码解压
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools/build-binutils# cd $PRJROOT/build-tools
root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools# tar -zxvf gcc-2.95.3.tar.gz |
然后进入 gcc-2.95.3 目录给 gcc 打上补丁
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$cd gcc-2.95.3 $patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3.-2.patch $patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3.-no-fixinc.patch $patch -p1< ../gcc-patch/gcc-2.95.3-returntype-fix.patch echo timestamp > gcc/cstamp-h.in |
在我们编译并安装 gcc 前，我们先要改一个文件 $PRJROOT/gcc/config/arm/t-linux，把TARGET_LIBGCC2-CFLAGS = -fomit-frame-pointer -fPIC这一行改为TARGET_LIBGCC2-CFLAGS = -fomit-frame-pointer -fPIC -Dinhibit_libc -D__gthr_posix_h
你如果没定义 -Dinhibit，编译时将会报如下的错误
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http://www.cnblogs.com/gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:41: stdlib.h: No such file or directory http://www.cnblogs.com/gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:42: unistd.h: No such file or directory make[3]: *** [libgcc2.a] Error 1 make[2]: *** [stmp-multilib-sub] Error 2 make[1]: *** [stmp-multilib] Error 1 make: *** [all-gcc] Error 2 |
如果没有定义 -D__gthr_posix_h，编译时会报如下的错误
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In file included from gthr-default.h:1, from http://www.cnblogs.com/gcc-2.95.3/gcc/gthr.h:98, from http://www.cnblogs.com/gcc-2.95.3/gcc/libgcc2.c:3034: http://www.cnblogs.com/gcc-2.95.3/gcc/gthr-posix.h:37: pthread.h: No such file or directory make[3]: *** [libgcc2.a] Error 1 make[2]: *** [stmp-multilib-sub] Error 2 make[1]: *** [stmp-multilib] Error 1 make: *** [all-gcc] Error 2 |
还有一种与-Dinhibit同等效果的方法，那就是在你配置configure时多加一个参数-with-newlib，这个选项不会迫使我们必须使用newlib。我们编译了bootstrap-gcc后，仍然可以选择任何c库。
接着就是配置boostrap gcc， 后面要用bootstrap gcc 来编译 glibc 库。
| root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools/gcc-2.95.3# cd ..
root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools# cd build-boot-gcc/ root@tang-laptop:/home/tang/cross/build-tools/build-boot-gcc# ../gcc-2.95.3/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --without-headers --enable-languages=c --disable-threads |
这条命令中的 -target、--prefix 和配置 binutils 的含义是相同的，--without-headers 就是指不需要头文件，因为是交叉编译工具，不需要本机上的头文件。-enable-languages=c是指我们的 boot-gcc 只支持 c 语言。--disable-threads 是去掉 thread 功能，这个功能需要 glibc 的支持。
接着我们编译并安装 boot-gcc
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$make all-gcc $make install-gcc |
在make all-gcc结束的时候出现了一些问题。如下所示：
首先出现了如下的问题：
| 问题描述：
asm/unistd.h Error: bad instruction `extern int errno'发现老是提示这个问题。 打开unistd文件查看一下，里面只有如下几句话。 |
| 问题描述：
libgcc1.S:438: asm/unistd.h: No such file or directory make[1]: *** [libgcc1-asm.a] Error 1 make[1]: Leaving directory `/home/tang/cross/build-tools/build-boot-gcc/gcc' make: *** [all-gcc] Error 2 分析： 经过认真分析，发现这个是内核头文件的库文件，刚才已经进行链接了，怎么还是会出现问题呢？可能是在建立内核头文件的几个链接时候不正确造成的，所以至于找不到。。 刚才采取的是链接形式：
解决办法： 现在使用把 Linux 内核头文件拷贝过来的形式：
这样make all-gcc,还是提示相同的错误：asm/unistd.h: No such file or directory， 又仔细分析，对比，发现，$TARGET_PREFIX/include/asm中的asm仍然是指向内核源代码文件 $PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/中asm-arm的一个链接文件， 并非指向当前文件夹下asm-arm文件的链接文件，故此时可以重新建立链接文件或者将当前文件夹 $TARGET_PREFIX/include/中的asm删除，然后将$TARGET_PREFIX/include/下的asm-arm改名为asm。 这样之后，make all-gcc了一下完事，没有出现问题，继续make install-gcc,安装成功。 总算松了一口气。还剩下c库的安装了。 |
我们来看看 $PREFIX/bin 里面多了哪些东西
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$ls $PREFIX/bin arm-linux-addr2line arm-linux-gcc arm-linux-protoize arm-linux-strip arm-linux-ar arm-linux-ld arm-linux-ranlib arm-linux-unprotoize arm-linux-as arm-linux-nm arm-linux-readelf cpp arm-linux-c++filt arm-linux-objcopy arm-linux-size gcov arm-linux-gasp arm-linux-objdump arm-linux-strings |
你会发现多了 arm-linux-gcc 、arm-linux-unprotoize、cpp 和 gcov 几个文件。
Gcc-gnu 的 C 语言编译器
Unprotoize-将 ANSI C 的源码转化为 K&R C 的形式，去掉函数原型中的参数类型。
Cpp-gnu的 C 的预编译器
Gcov-gcc 的辅助测试工具，可以用它来分析和优程序。
使用 gcc3.2 以及 gcc3.2 以上版本时，配置 boot-gcc 不能使用 --without-headers 选项，而需要使用 glibc 的头文件。
（五）建立C库（glibc）
首先解压 glibc-2.2.3.tar.gz 和 glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz 源代码
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$cd $PRJROOT/build-tools $tar -xvzf glibc-2.2.3.tar.gz $tar -xzvf glibc-linuxthreads-2.2.3.tar.gz --directory=glibc-2.2.3 |
然后进入 build-glibc 目录配置 glibc
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$cd build-glibc $CC=arm-linux-gcc ../glibc-2.2.3/configure --host=$TARGET --prefix="/usr" --enable-add-ons --with-headers=$TARGET_PREFIX/include |
CC=arm-linux-gcc 是把 CC 变量设成你刚编译完的boostrap gcc，用它来编译你的glibc。--enable-add-ons是告诉glibc用 linuxthreads 包，在上面我们已经将它放入了 glibc 源码目录中，这个选项等价于 -enable-add-ons=linuxthreads。--with-headers 告诉 glibc 我们的linux 内核头文件的目录位置。
配置完后就可以编译和安装 glibc
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$make $make install_root=$TARGET_PREFIX prefix="" install |
然后你还要修改 libc.so 文件
GROUP ( /lib/libc.so.6 /lib/libc_nonshared.a)
改为
GROUP ( libc.so.6 libc_nonshared.a)
这样连接程序 ld 就会在 libc.so 所在的目录查找它需要的库，因为你的机子的/lib目录可能已经装了一个相同名字的库，一个为编译可以在你的宿主机上运行的程序的库，而不是用于交叉编译的。
（六）建立全套编译器（同时支持C和C++）
在建立boot-gcc 的时候，我们只支持了C。到这里，我们就要建立全套编译器，来支持C和C++。
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$cd $PRJROOT/build-tools/build-gcc $../gcc-2.95.3/configure --target=$TARGET --prefix=$PREFIX --enable-languages=c,c++ |
--enable-languages=c,c++ 告诉 full gcc 支持 c 和 c++ 语言。
然后编译和安装你的 full gcc
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$make all $make install |
我们再来看看 $PREFIX/bin 里面多了哪些东西
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$ls $PREFIX/bin |
你会发现多了 arm-linux-g++ 、arm-linux-protoize 和 arm-linux-c++ 几个文件。
G++-gnu的 c++ 编译器。
Protoize-与Unprotoize相反，将K&R C的源码转化为ANSI C的形式，函数原型中加入参数类型。
C++-gnu 的 c++ 编译器。
到这里你的交叉编译工具就算做完了，简单验证一下你的交叉编译工具。
用它来编译一个很简单的程序 helloworld.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("hello world\n");
return 0;
}
$arm-linux-gcc helloworld.c -o helloworld
$file helloworld
helloworld: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1,
dynamically linked (uses shared libs), not stripped
这样就代表你成功了。
另外过程中还会出现如下的问题。
| 在ubuntu8.04中，默认是没有安装有关flex和lex的。所以在某个地方会出现flex/lex找不到的问题。
关于flex找补不到的问题。 在国外的一个网站上找到了解决办法。 最简单的方法就是上网安装一下flex apt-get install flex http://www.phpbuilder.com/board/archive/index.php/t-7104592.html |
参考：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-embcmpl/
http://www.sinosys.com.cn/News_Read.aspx?id=254
Karim Yaghmour，《Building Embedded Linux Systems》，USA：O'Reilly，2003
以及其它网上的各种资料。
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后面的步骤排版有点乱，一方面是转载过来的，另一方面，现在我啥都不会，不敢做代码方面的修改，所以，暂时保留下，也希望有会的多多指点哈！
