ARM-LINUX交叉编译环境

由于需要在arm上进行应用的开发，需要搭建arm的编译环境。环境的搭建有两种方式：

• 交叉编译环境
• arm的开发环境

其中交叉编译环境包括以下几种：

• Windows下使用Visual Studio搭建开发环境
• Linux下使用GCC搭建开发环境

由于Linux环境搭建起来较为方便，推荐使用Linux环境进行开发。Visual Studio开发起来比较方便，IDE做的比较好，但是还是选择Linux + Makefile的方式更加方便。

Linux环境的搭建

所谓的环境搭建，就是安装一系列编译与debug的工具，这里安装的工具是am-linux-gcc。

• gcc installation

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf  

• g++ installation

sudo apt-get install g++-arm-linux-gnueabihf  

• gcc/g++ remove

sudo apt-get remove gcc-arm-linux-gnueabihf
sudo apt-get remove g++-arm-linux-gnueabihf  

工具包名字解释

gcc是面向于x86-64的编译工具，可以编译SSE,AVX等指令集。面向的硬件是桌面级的CPU.而gcc-arm-linux是运行与桌面级的CPU上的软件，生成的可执行文件是运行在arm的文件。

什么是abi和eabi

• ABI: 二进制应用程序接口(Application Binary Interface (ABI) for the ARM Architecture)
  在计算机中，应用二进制接口描述了应用程序（或者其他类型）和操作系统之间或其他应用程序的低级接口.
• ABI涵盖了各种细节，如：
  • 数据类型的大小、布局和对齐;
  • 调用约定（控制着函数的参数如何传送以及如何接受返回值），例如，是所有的参数都通过栈传递，还是部分参数通过寄存器传递；哪个寄存器用于哪个函数参数；通过栈传递的第一个函数参数是最先push到栈上还是最后；
  • 系统调用的编码和一个应用如何向操作系统进行系统调用；
  • 以及在一个完整的操作系统ABI中，目标文件的二进制格式、程序库等等。

一个完整的ABI，像Intel二进制兼容标准 (iBCS) ，允许支持它的操作系统上的程序不经修改在其他支持此ABI的操作体统上运行。
ABI不同于应用程序接口（API），API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的代码可以在支持这个API的任何系统中编译，ABI允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。

• EABI：嵌入式ABI
  • 嵌入式应用二进制接口指定了文件格式、数据类型、寄存器使用、堆积组织优化和在一个嵌入式软件中的参数的标准约定。
  • 开发者使用自己的汇编语言也可以使用EABI作为与兼容的编译器生成的汇编语言的接口。
  • 支持EABI的编译器创建的目标文件可以和使用类似编译器产生的代码兼容，这样允许开发者链接一个由不同编译器产生的库。

EABI与关于通用计算机的ABI的主要区别是应用程序代码中允许使用特权指令，不需要动态链接（有时是禁止的），和更紧凑的堆栈帧组织用来节省内存。广泛使用EABI的有Power PC和ARM.

gnueabi相关的两个交叉编译器: gnueabi和gnueabihf

在debian源里这两个交叉编译器的定义如下:

• gcc-arm-linux-gnueabi – The GNU C compiler for armel architecture
• gcc-arm-linux-gnueabihf – The GNU C compiler for armhf architecture

可见这两个交叉编译器适用于armel和armhf两个不同的架构, armel和armhf这两种架构在对待浮点运算采取了不同的策略(有fpu的arm才能支持这两种浮点运算策略)

其实这两个交叉编译器只不过是gcc的选项-mfloat-abi的默认值不同. gcc的选项-mfloat-abi有三种值soft,softfp,hard(其中后两者都要求arm里有fpu浮点运算单元,soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种模式互不兼容)：

• soft : 不用fpu进行浮点计算，即使有fpu浮点运算单元也不用,而是使用软件模式。
• softfp : armel架构(对应的编译器为gcc-arm-linux-gnueabi)采用的默认值，用fpu计算，但是传参数用普通寄存器传，这样中断的时候，只需要保存普通寄存器，中断负荷小，但是参数需要转换成浮点的再计算。
• hard : armhf架构(对应的编译器gcc-arm-linux-gnueabihf)采用的默认值，用fpu计算，传参数也用fpu中的浮点寄存器传，省去了转换, 性能最好，但是中断负荷高。

硬浮点Hard-float

编译器将代码直接编译成发射给硬件浮点协处理器（浮点运算单元FPU）去执行。FPU通常有一套额外的寄存器来完成浮点参数传递和运算。
使用实际的硬件浮点运算单元FPU当然会带来性能的提升。因为往往一个浮点的函数调用需要几个或者几十个时钟周期。

软浮点 Soft-float

编译器把浮点运算转换成浮点运算的函数调用和库函数调用，没有FPU的指令调用，也没有浮点寄存器的参数传递。浮点参数的传递也是通过ARM寄存器或者堆栈完成。
现在的Linux系统默认编译选择使用hard-float，即使系统没有任何浮点处理器单元，这就会产生非法指令和异常。因而一般的系统镜像都采用软浮点以兼容没有VFP的处理器。

armel ABI和armhf ABI

在armel中，关于浮点数计算的约定有三种。以gcc为例，对应的-mfloat-abi参数值有三个：soft,softfp,hard。

• soft是指所有浮点运算全部在软件层实现，效率当然不高，会存在不必要的浮点到整数、整数到浮点的转换，只适合于早期没有浮点计算单元的ARM处理器；
• softfp是目前armel的默认设置，它将浮点计算交给FPU处理，但函数参数的传递使用通用的整型寄存器而不是FPU寄存器；
• hard则使用FPU浮点寄存器将函数参数传递给FPU处理。

需要注意的是，在兼容性上，soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种模式不兼容。

• 默认情况下，armel使用softfp，因此将hard模式的armel单独作为一个abi，称之为armhf。
  而使用hard模式，在每次浮点相关函数调用时，平均能节省20个CPU周期。对ARM这样每个周期都很重要的体系结构来说，这样的提升无疑是巨大的。
• 在完全不改变源码和配置的情况下，在一些应用程序上，使用armhf能得到20%——25%的性能提升。对一些严重依赖于浮点运算的程序，更是可以达到300%的性能提升。