定制ToolChain for ARM

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编写：王卫无，北京讯业互联科技有限公司
版本号：V1.1
日期：2005年12月31日
联系：wolver@21com.com
更新记录：1）改动glibc配置參数  2）填加CC环境变量的设置
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1、 ToolChain 简单介绍

ToolChain包括很多部件：主要之中的一个是GCC，它能够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，同一时候他们也须要C库（glibc）支持。认真考虑一下：定制一套编译工具并非想像中的易事！假设你还想继续看下去，必须具备例如以下技能：

    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


下面章节将介绍如何定制ARM交叉编译工具集，但对于大多数ARM开发人员来说，没有必要亲自做这件事，全然能够用现成的工具集。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很多其他编译语言
    測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仅仅适用本机（大多数PC是X86）执行，对于ARM开发人员来说，须要一个能在本机编译、但编译却生成ARM执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很有必要的。

arm-linux：是个比較受欢迎的名称，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：其他的格式名。

你也能够在当中插入版本号信息，比方：

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。相同也支持小字节（l）或大字节（b）模式。

armv5l、armv5b：ARMV5核，如：XScale核ARM10。相同也支持小字节（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，但用大家经常使用的名称会比較好些。

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执行代码！），同一时候还要考虑本机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（具体规则见glibc的README文件）。
        （本机编译工具集名称一般是: 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 。只是，~/armlinux在这里仅
                 是个联接而已，它指向真正ARM核心源码位置（见2.4.1描写叙述）。
                 （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）工具之中的一个，主要是二进制代码的处理维护工具。

2.3.1、Binutils工具部件简单介绍

add2line：将地址转换成文件名称或行号对，以便调试程序。

ar：从体系文件里创建、改动、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，它是生成可运行代码的终于步骤。

nm：从目标代码文件里枚举全部调试符号名。

objcopy：使用GNU BSD库，把目标代码从一文件格试拷贝成还有一种格试。

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訪问。

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），打印字符多少能够控制。对
         于其他格试的文件，打印字符串。

strip：放弃全部符号联接。

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

假设成功安装（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）工具之中的一个，是基本的编译处理工具。

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复制到搜寻路径内。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，我们须要提取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
（假设是通用核心，那么你须要面向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，假设不是arm，请把它改成ARCH := arm，保存退出。

（检查CROSS_COMPILE := /usr/local/arm/bin/arm-pc-linux-，假设不同，改动它）

make clean
make distclean

make menuconfig

配置核心（选择ARM为AT91RM9200和其他相关配置），保存退出。

make dep

（如遇错误终止，看第3部份是否有解答！）

肯定有发生错误而终止！当然，我们并非想如今编译这个核心，仅仅是理顺核心文件间的关系，以便以下拷贝操作顺利进行......

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，我们如今有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源码INSTALL文件夹下的文件，获得很多其他的配置和编译安装帮助。

为了使用前面编译好的Binutils工具，加入路径。

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(假设/usr/local/arm/bin已经包括在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源码INSTALL文件夹下的文件，获得很多其他的配置、编译和安装帮助）

通常都会遇到问题而使整个过程不能完毕，由于以下要素必须考虑：

    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。而且支持ARM交叉编译工具的其他支持语言（比方：C++、java）的libc库（终于的gcc生成的二进制代码联接须要该库支持）我们也没有，所以，要添加编译开关：
--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（这个词仅仅可意会，不可言传）这个问题。操作例如以下：

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 = 添加操作參数
-Dinhibit_libc  -D__gthr_posix_h
保存退出。

让我们来又一次配置、编译它......

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(假设/usr/local/arm/bin已经包括在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

（因为上面我们把交叉编译头文件复制到了gcc的默认sys-include文件夹，因此不须要定义--with-headers參数。实际測试中，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，而且强烈建议你从make clean開始！）

make install

假设成功安装，我们就有了能编译C语言的ARM交叉编译工具gcc了。假设你仅仅是用ARM交叉编译工具编译ARM核心，OK！你能够就此打住。假设想编译用户级代码，继续进入下阶段......

2.5、编译、安装GLIBC

glibc是个C库，差点儿全部的应用程序都须要共享它提供的功能（除了kernel、bootload、和其它全然不用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（虽然单个的glibc库是比較大的）。所以，最后的工作就是：构造ARM交叉编译系统的glibc库。

2.5.1、解压源码

首先解压glibc代码，再解压linuxthreads代码到glibc代码的源码文件夹下......

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源码下的文件：README、FAQ和INSTALL，获得很多其它的配置、编译和安装帮助。

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(假设/usr/local/arm/bin已经包括在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：不能在源码文件夹下操作（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，而且强烈建议你从make clean開始！）

make install

2.6、让交叉编译工具支持很多其它编译语言

以上虽然完毕了交叉编译工具的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又一次构造gcc

因为我们如今已经有了主要的C交叉编译工具，将不受2.4.3描写叙述的条件限制。让我们又一次构造gcc......

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(假设/usr/local/arm/bin已经包括在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，又一次生成的交叉编译工具gcc不能在本机执行！！！）

恢复先前（2.4.3步骤）改动的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

假设须要支持gcc同意的全部编程语言（牛吧），用以下这个配置：
./configure --target=arm-pc-linux --prefix=/usr/local/arm             --host=i686-pc-linux-gnu                                  --enable-threads=posix

假设仅须要gcc支持C和C++编程语言（简少占用空间），用以下这个配置：
./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又一次构造glibc

反复2.5.2的步骤，简单！（继续喝茶！）

2.7、測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）...比方：hello.c

export PATH=$PATH:/usr/local/arm/bin
(假设/usr/local/arm/bin已经包括在PATH，此步骤省略)

arm-pc-linux-gcc  -O2   -o   hello-c.arm   hello.c

执行编译好的程序：

./hello-c.arm
错误提示：cannot execute binary file

哦！忘了，它要在ARM系统环境执行......把文件复制到U盘，挂接在AT91RM9200系统板上（系统板执行的是Linux，可别是什么WinCE之类的$money系统呀！），
执行hello-c.arm，超级终端---最终看见久违的：

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

下面是本人操作上面步骤时遇到的问题，供以后參考。记录例如以下：

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Q:  用make dep（或make）ARM核心时，错误提演示样例如以下：
    cc1: error: invalid option `short-load-bytes'

A: 參照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取代。

cp ~/armlinux/arch/arm/Makefile  ~/armlinux/arch/arm/Makefile.orig

改动ARM核文件arch/arm/Makefile，用-malignment-traps取代-mshort-load-bytes

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Q：编译glibc提示：核心版本号太老，低于2.0.10

A：假设确定你复制到sys-include的头文件是从高于2.0.10核中来，比方：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

改动文件versions.h，替换#define UTS_RELEASE "2.4.27-vrs1"用
#define UTS_RELEASE "2.4.27"

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Q：glibc编译错误例如以下：
   error: `BUS_ISA' undeclared

A：參照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取代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

所以改动glibc源码下的文件sysdeps/unix/sysv/linux/arm/ioperm.c 用CTL_BUS_ISA替换BUS_ISA

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Q：glibc编译错误例如以下：
   ld: cannot find -lgcc_eh

A：參照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

改动glibc源码下的文件Makeconfig

#gnulib := -lgcc $(libgcc_eh)#static-gnulib := -lgcc -lgcc_eh $(libunwind)
改动为：gnulib := -lgccstatic-gnulib := -lgcc
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Q: glibc编译错误例如以下：
../sysdeps/generic/s_fmax.c:28: internal compiler error: in elim_reg_cond, at flow.c:3273

A：參照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
改动gcc源码下 ~/gcc-3.4.5/gcc/flow.c 文件，又一次编译安装arm-pc-linux-gcc
（又一次開始2.4.3步骤，狂晕！）

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