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交叉编译(基础原理篇)

交叉编译(基础原理篇)

作者: Damon_He | 来源:发表于2020-03-08 15:40 被阅读0次

    先来看一下,如果要在PC上运行一个二进制程序(以源码的方式进行编译,不要以包管理工具的方式来安装),需要怎样做。

    首先,要有这个二进制程序的源代码(有可能是直接下载的,也有可能是自己编写的代码),然后在PC上进行编译链接生成可执行文件,最后在Terminal下面去执行该可执行文件。

    上述流程中包含了几个角色,首先是要有源代码,然后是要知道最终运行该二进制程序的机器是哪一个(其实就是本机器),当然,其中最重要的就是编译器和链接器了,对于C或者C++程序来讲,就是使用 gcc 和 g++,而该编译器是需要预先安装在机器上的。分析了这么多角色,总结成一句话就是:使用本机器的编译器,将源代码编译链接成为 一个可以在本机器上运行的程序。这就是正常的编译过程,也称为 Native Compilation 本机编译。

    了解了本机编译之后,再来看一下何谓交叉编译。所谓交叉编译, 就是在一个平台(如PC)上生成另外一个平台(Android、iOS或者其他 嵌入式设备)的可执行代码。相较于正常编译,下面来看一下交叉编译的相应角色。首先,最终程序运行的设备就是Android或者iOS设备,源代码就是从第三方开源网站上下载的源代码,编译机器就是我们的 PC,而编译器也必须要安装到该PC上。但是这里对编译器是有特殊需求的,最终程序运行的系统必须要提供可运行在PC上的编译器,而该编译器就是大家常说的交叉工具编译链。

    了解了交叉编译之后,大家应该能够理解交叉编译存在的必要性了。在一般的嵌入式系统开发中,运行程序的目标平台其存储空间和运算能力都是有限的,尽管现在的iOS和Android设备拥有越来越强劲的计算能力,但是在这种嵌入式设备中进行本地编译是不太可能的,一是因为计算能力的问题,还有一个重要的原因就是编译工具以及整个编译 过程异常繁琐,所以在这种情况下,直接在ARM平台下进行本机编译几乎是不可能的。而具有更加强劲的计算能力与更大存储空间的PC才是理想的选择,所以大部分的嵌入式开发平台都提供了本身平台交叉编 译所需要的交叉工具编译链,通过该交叉工具编译链,开发者就能在 PC 上编译出可以运行在ARM平台下的程序了。

    无论是自行安装PC上的编译器,还是下载其他平台(Android或者 iOS)的交叉工具编译链,它们都会提供以下几个工具:CC、AS、 AR、LD、NM、GDB。那么,这几个工具到底是做什么用的呢?下面就来逐一解释一下。

    • CC:编译器,对C源文件进行编译处理,生成汇编文件。
    • AS:将汇编文件生成目标文件(汇编文件使用的是指令助记符, AS将它翻译成机器码)。
    • AR:打包器,用于库操作,可以通过该工具从一个库中删除或者增加目标代码模块。
    • LD:链接器,为前面生成的目标代码分配地址空间,将多个目标文件链接成一个库或者是可执行文件。
    • GDB:调试工具,可以对运行过程中的程序进行代码调试工作。
    • STRIP:以最终生成的可执行文件或者库文件作为输入,然后消除掉其中的源码。
    • NM:查看静态库文件中的符号表。
    • Objdump:查看静态库或者动态库的方法签名。

    了解了这些之后,再进行交叉编译或者使用交叉编译工具链提供的工具时,就不会感到陌生了。

    编译器对比
    正常编译一个程序的过程如下:
    编译:gcc -c main.cpp ./utils/utils.cpp -I ./utils/include
    打包:ar cr ../prebuilt/libutils.a test.o
    链接:g++ -o main main.o -L ../prebuilt -l utils

    在这个过程中,gcc、ar、g++是我们用到的三个编译工具,在这里没有用到的ranlib、gdb、nm、strip等都会包含在PC的编译器中,同样 他平台提供的交叉工具编译链中也会包含这些命令行工具,比如 Android 提供的NDK,其交叉工具编译链中的 prebuilt 中,就包含了对应的gcc、ar、g++、gdb、strip、nm、ranlib等工具。

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