Archlinux 搭建 arm64/AArch64 交叉编译环境
0. 系统环境
系统：
- Archlinux: 成文时间最新
工具版本：
- Binutils: 2.34-1
- GCC: 9.2.1+20200130-2
- GNU Make: 4.3
1. 编译交叉编译工具链
此部分参考博客。
交叉编译工具链需要用到至少七个工具（库）：
- Binutils
- GCC
- glibc
- Linux Kernel
- MPFR
- GMP
- MPC
同时我们还有两个用于优化的库：
- isl
- CLooG
这两个库是可选的。
搭建完成后我们会获得一系列编译、链接工具，包括我们熟知的 gcc、ld 等。
1.1 准备工作
首先建立三个目录，分别存放源码、构建文件和编译结果（也即我们需要的交叉编译工具链）
mkdir -p /path/to/cross-compile-src/
mkdir -p /path/to/cross-compile-build/
mkdir -p /path/to/cross-compile-install/
export CROSS_COMPILE_SRC=/path/to/cross-compile-src/
export CROSS_COMPILE_BUILD=/path/to/cross-compile-build/
export CROSS_COMPILE_INSTALL=/path/to/cross-compile-install/
将安装目录内未来会生成的 bin 目录加入 PATH（我以为这一步只是为了省事，为了不把环境变量搞乱我第一次尝试没有加，结果编译失败）
export PATH=$CROSS_COMPILE_INSTALL/bin:$PATH
接下来下载相应的包，笔者选用的软件包版本分别为（除 Linux Kernel 外均为成文时最新稳定）
| 软件名 | 版本 |
|---|---|
| Binutils | 2.34 |
| GCC | 9.2.0 |
| glibc | 2.31 |
| Linux Kernel | 4.14.172 |
| MPFR | 4.0.2 |
| GMP | 6.2.0 |
| MPC | 1.1.0 |
| isl | 0.18 |
| CLooG | 0.18.1 |
下载相应的包
cd $CROSS_COMPILE_SRC
export GNU_MIRROR_SITE=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/gnu/
export KERNEL_MIRROR_SITE=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/
wget $GNU_MIRROR_SITE/binutils/binutils-2.34.tar.xz # binutils
wget $GNU_MIRROR_SITE/gcc/gcc-9.2.0/gcc-9.2.0.tar.xz # gcc
wget $GNU_MIRROR_SITE/glibc/glibc-2.31.tar.xz # glibc
wget $KERNEL_MIRROR_SITE/v4.x/linux-4.14.172.tar.xz # kernel
wget $GNU_MIRROR_SITE/mpfr/mpfr-4.0.2.tar.xz # mpfr
wget $GNU_MIRROR_SITE/gmp/gmp-6.2.0.tar.xz # gmp
wget $GNU_MIRROR_SITE/mpc/mpc-1.1.0.tar.gz # mpc
# optional
wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/isl-0.18.tar.bz2 # isl
wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/cloog-0.18.1.tar.gz # cloog
解压
for f in *.tar.xz; do tar -xJf $f; done
for f in *.tar.bz2; do tar -xjf $f; done
for f in *.tar.gz; do tar -xzf $f; done
建立 GCC 依赖库们的软链接
ln -s ../mfpr-4.0.2 gcc-9.2.0/mfpr # mfpr
ln -s ../gmp-6.2.0 gcc-9.2.0/gmp # gmp
ln -s ../mpc-1.1.0 gcc-9.2.0/mpc # mpc
# optional
ln -s ../isl-0.18 gcc-9.2.0/isl # isl
ln -s ../cloog-0.18.1 gcc-9.2.0/cloog # cloog
设定编译时使用的线程数
export NPROC=`nproc` # use all processors
1.2. 编译安装 Binutils
这个工具包将会被安装在 /path/to/cross-compile-gcc/install/bin 内，包括了交叉汇编器、交叉链接器等工具。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir binutils
cd binutils
$CROSS_COMPILE_SRC/binutils-2.34/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL \
--target=aarch64-linux \
--disable-multilib
make -j$NPROC
make install
1.3. 安装 Linux Kernel 头文件
这一步会将 Linux Kernel 头文件安装咋 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-install/include，这样交叉编译链编译出的软件可以在目标平台中使用 Linux 系统调用。
cd $CROSS_COMPILE_SRC/linux-4.14.172
make \
ARCH=arm64 \
INSTALL_HDR_PATH=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux \
headers_install
1.4. 编译安装 GCC 和 glibc
这是很长的一步，我们将要轮流编译属于两个库（GCC 和 glibc）的组件，并最终全部编译完成。编译顺序如下（图源为参考博客）
1.4.1. 编译器
这一步只会安装 C/C++ 交叉编译器本身，它们会被安装在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/bin。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir gcc
cd gcc
$CROSS_COMPILE_SRC/gcc-9.2.0/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL \
--target=aarch64-linux \
--enable-language=c,c++ \
--disable-multilib
make -j$NPROC all-gcc
make install-gcc
这一步要编译个十分钟左右，可以去喝口水、打个飞机什么的。
1.4.2. 标准 C 头文件和启动文件
这一步里我们将所有的标准 C 头文件安装在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include 内。同时我们还会编译一些启动文件并安装在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib 内，这些文件将被下一步用到，并在下下步被替换。
注意： 如果前面没有把 $CROSS_COMPILE_INSTALL/bin 加入到 PATH 中的话这一步会报错。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir glibc
cd glibc
$CROSS_COMPILE_SRC/glibc-2.31/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux \
--build=$MACHTYPE \
--host=aarch64-linux \
--target=aarch64-linux \
--with-headers=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include \
--disable-multilib \
libc_cv_forced_unwind=yes
make install-bootstrap-headers=yes install-headers
make -j$NPROC csu/subdir_lib
install csu/crt1.o csu/crti.o csu/crtn.o $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib
aarch64-linux-gcc -nostdlib -nostartfiles -shared -x c /dev/null \
-o $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib/libc.so
touch $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include/gnu/stubs.h
1.4.3. 编译器支持库
这一步我们使用前面编译得到的交叉编译器来编译编译器支持库。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/gcc
make -j$NPORC all-target-libgcc
make install-target-libgcc
1.4.4. 编译标准 C 库
这一步我们可以完成 glibc 的编译安装。标准 C 库将被安装于 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64_linux/lib。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/glibc
make -j$NPROC
make install
这一步依然要十来分钟，可以再来一发。
1.4.5. 编译标准 C++ 库
这一步我们可以完成 GCC 的编译安装。标准 C++ 库将被安装于 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64_linux/lib64。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/gcc
make -j$NPROC
make install
注意： 这一步可能出现如下错误
error: ‘PATH_MAX’ was not declared in this scope
216 | char filename[PATH_MAX];
| ^~~~~~~~
看了编译命令发现没有将我们导入的 Linux 头文件加入 include 范围，因此编译时 include 的头文件来自系统的 Linux 头文件。因为编译 GCC 使用的头文件不一定是 GCC 运行时使用的头文件，所以这个问题理论上不会影响交叉编译的结果。我们只需要简单地修改下源码，将
#ifndef PATH_MAX
# define PATH_MAX 4096
#endif // PATH_MAX
加入 $CROSS_COMPILE_SRC/gcc-9.2.0/libsanitizer/asan/asan_linux.cc 即可。（如果有更好的方法请一定告诉我）
1.5. 测试交叉编译器
aarch64-linux-gcc helloworld.c -o a.out
aarch64-linux-objdump -d a.out
1.6. 吐槽
你问我为什么不用 community 源里的 aarch64-linux-gnu-*？
因为我瞎我没看到（哭）。
2. 交叉编译内核
（未完待续）
3. 安装内核
（未完待续）