嵌入式杂谈之交叉编译

快来打我* 2023-07-23 13:57 37阅读 0赞

*这次扯一下嵌入式开发过程中经常用到的交叉编译器，虽说在之前的文章也提到过这个问题，不过上次是着重介绍`为什么使用交叉编译器`(主要是为了劝服自己从单片机的思想中脱离出来，慢慢的接受嵌入式Linux开发的一些约定俗成的工具与方法)，而这次的重点一方面是科普交叉编译器的相关知识，另一方面着重介绍怎么使用交叉编译器提供的各种工具完成相应的任务。  
废话少说，上干货。*

#### 交叉编译器选择 ####

首先认可一点，交叉编译器是一个软件工具，那既然是一个软件，那就必须知道这个软件是怎么来的，目前分为两种情况。  
`芯片厂商提供的或者开源的`和`自己制作的`交叉编译器。  
自己制作交叉编译器比较麻烦，步骤单一，但版本依赖关系大，而且必须了解编译原理，耗时费力。

所以我们果断使用芯片厂商提供的或者开源的交叉编译工具链

#### 交叉编译器命名规则 ####

arm-none-linux-gnueabi-
    最最常用的一种，
    第一个单词表示编译得的什么目标架构的
    第二个单词是厂商名，可以是三星或者恩智浦等，但开源的一般都为none
    第三个单词表示程序编译出来的程序默认应用的系统，因为编译器的标准C库等是与Linux兼容的
    第四个单词gnu表示gnu项目
    第四个单词eabi指的是嵌入式接口
    可以简写为以下形式
    arm-linux-

arm-none-eabi-
    表示编译出来的程序不支持操作系统

#### 交叉编译器源码目录介绍 ####

![format_png][]  
交叉编译器包含的目录如上图所示

*  `bin`目录相当于交叉编译的命令集合，包含了数十种工具
 *  `lib`相当于交叉编译器运行的时候需要的库以及目标程序所需要的库。  
    在这里我们需要知道，交叉编译器本身是一个程序软件，所以交叉编译器的运行工作需要依赖库文件，另一方面交缠编译器需要将源文件进行编译，而编译得到的另一种架构上的代码运行也需要库文件。  
    这就说明，交叉编译器需要两种库，一种是它本身需要的，另一种是编译出来的程序需要的

#### 添加交叉编译器命令到环境变量 ####

为了让交叉编译器的命令不用制定目录运行，所以需要添加环境变量  
(如果有不明白什么是环境变量的，还是最好百度一下)

*  方案一：  
    `echo $PATH`查看当前系统环境变量  
    `echo xxx >> PATH`追加路径到环境变量，只针对当前`shell`起作用
 *  方案二：  
    编辑`/etc/environment`文件添加环境变量，可以永久保存，但是修改完这个文件以后需要使用`source /etc/environment`命令将环境变量进行更新

#### 交叉编译器中嵌入式工具集合 ####

1.  readelf  
    我们通常理解的程序软件都是运行在操作系统之上的，但是有的程序不能在不同的操作系统之上运行。  
    这是因为：  
    我们最终编译出来的可执行程序分两部分：真正的程序文件以及头信息  
    不同操作系统的`头`的格式是不同的，Windows上称为`PE头`，Linux上称为`ELF头`  
    这个头部信息是专门给操作系统识别的。  
    开发裸机的时候需要使用`objcopy`这个命令将头部信息取出来，留下真正的程序文件。因为带有头文件的程序刚开始不是可执行代码，裸机状态下无法执行，会导致程序一开始就卡死。  
    所以我们在裸机开发的时候在得到二进制文件以后再处理一下就是可以理解的了(说实话，这一点我当时非常疑惑)  
    `readelf`是读取可执行程序的头部信息  
    `objcopy`是抽取头部信息然后丢弃掉  
    使用方法：  
    `read -h 可执行程序名`  
    ![format_png 1][]  
    入口地址表示程序的运行地址，所以一些病毒程序可能就是修改了这个入口地址，相当于我们双击一个原来的程序的时候，直接跳转到了病毒程序。  
    综上所述，在可执行文件的头部有一个`头信息`可以被操作系统识别，进行解析。  
    在Linux上使用`file`命令可以查看可执行文件的相关信息，比如运行平台架构。  
    ![format_png 2][]
2.  size  
    读取可执行程序的大小  
    包含代码段，数据段，bss段等等  
    ![format_png 3][]  
    当改变全局变量或者其他的时候，可以看到代码信息的改变  
    关于程序的各种`段`也是一块比较大的知识点，有机会补一篇文章(狗头)
3.  nm  
    符号列表的概念，最精简，最好用的工具。  
    可以查看可执行程序的符号表，比如程序中的全局标签  
    ![format_png 4][]  
    ![format_png 5][]  
    `T`表示全局函数  
    `D`表示全局变量区  
    `d`表示 static 修饰的变量  
    `t`表示被 static 修饰的函数
4.  strip  
    剔除符号表。  
    相当于将刚才说的符号表进行剔除。  
    因为程序运行的时候不需要符号表  
    使用`file`命令可以查看是否剔除符号表  
    ![format_png 6][]  
    剔除符号表以后文件大小会变得更小一点  
    ![format_png 7][]  
    一般情况下，生产过程最后将最后的程序进行剔除符号表  
    只能自己架构的工具剔除自己架构的程序的符号表
5.  strings  
    查看可执行程序的常量字符串  
    ![format_png 8][]
6.  objcopy  
    表示将头部信息拷出来，不然无法识别相应程序
7.  objdump  
    反汇编程序  
    `objdump -d <name> 或者 -D`表示反汇编文件
8.  addr2line  
    调试过程中将出错的结果及行号标志出来  
    但一般用不到

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