交叉工具链制作至尊宝典

一些必须知道的基础知识

Debian 操作系统 以及 aptitude 命令autoconf and automake什么是交叉编译，configure 的几个参数 build host target

build:
编译代码的机器，的CPU指令集

host:
编译生成的东西，的CPU指令集（目标板上的CPU的指令集）

target:
编译生成的东西，他编译生成的的东西，的指令集（所以此选项一般不用，大多只有在做交叉工具链时使用）

0、以Expert mode 安装Debian

不要升级，确保环境是一个纯净的环境

1、声明环境变量 

export IS_TARGET=arm-linux
export DIR_SRC=/root/cross_toolchains/src
export PREFIX=/opt/cross_toolchains/arm
export CONFIGURE_BASE="../configure --prefix=$PREFIX --with-sysroot=$PREFIX"

2、下载制作交叉工具链所必须的的代码

binutils
ftp://ftp.gnu.org/gnu/binutils/binutils-2.21.tar.gz

gcc
ftp://ftp.gnu.org/gnu/gmp/gmp-5.0.2.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/mpfr/mpfr-3.0.1.tar.gz
http://www.multiprecision.org/mpc/download/mpc-0.9.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-4.6.1/gcc-4.6.1.tar.gz

glibc
ftp://ftp.gnu.org/gnu/glibc/glibc-2.14.tar.gz
ftp://ftp.gnu.org/gnu/glibc/glibc-ports-2.13.tar.gz

linux kernel
http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.39.2.tar.bz2

3、安装（卸载）必要的的软件包

aptitude install build-essential automake bison flex texinfo gawk g\+\+
aptitude remove mawk

4、解压、归档软件包

cd $DIR_SRC
tar -xf binutils-2.21.tar.gz
tar -xf gmp-5.0.2.tar.gz
tar -xf mpc-0.9.tar.gz
tar -xf mpfr-3.0.1.tar.gz
tar -xf gcc-4.6.1.tar.bz2
tar -xf glibc-2.14.tar.gz
tar -xf glibc-ports-2.13.tar.gz
tar -xf linux-2.6.39.2.tar.bz2

mv gmp-5.0.2 gcc-4.6.1/gmp
mv mpc-0.9 gcc-4.6.1/mpc
mv mpfr-3.0.1 gcc-4.6.1/mpfr
mv glibc-ports-2.13 glibc-2.14/ports

5、编译 BINUTILS

cd $DIR_SRC
cd binutils-2.21
mkdir build
cd build
$CONFIGURE_BASE --target=$IS_TARGET --disable-nls --enable-shared --disable-multilib

make configure-host
make
make install

export PATH=$PATH:$PREFIX/bin

问题：
编译binutils一般不会遇到什么问题，但是，如果前面步骤3中安装的软件不全会出现问题

6、建立用于编译C库的GCC

cd $DIR_SRC
cd gcc-4.6.1
mkdir build 
cd build
$CONFIGURE_BASE \
--target=$IS_TARGET \
--disable-nls \
--disable-shared \
--without-headers \
--with-newlib \
--enable-languages=c \
--disable-threads \
--disable-multilib \
--disable-decimal-float \
--disable-libgomp \
--disable-libmudflap \
--disable-libssp

make all-gcc all-target-libgcc
make install-gcc install-target-libgcc

值得注意的几个configure选项
--target
--disable-shared
--without-headers
--with-newlib
--enable-language-c
--disable-thread

cd $PREFIX/lib/gcc/$IS_TARGET/4.6.1
ln -s libgcc.a libgcc_eh.a

有建议修改 gcc/config/t-linux 这个文件
增加 -D__gthr_posix_h -Dinhibit_libc 两个宏，但我这里没这样做，是因为：
在configure后，编译使用的命令并不是 make 或者是 make all 而是 make all-gcc 和 make all-target-libgcc，所以很多问题不会出现
-with-newlib，这个选项不会迫使我们必须使用newlib

libgcc.mvars: No such file or directory
不能在 GCC 的源代码目录进行configure，必须在另外的目录进行configure make 等工作
所以这里在代码所在目录下 mkdir build 并 cd build 再进行 ../configure 等工作

configure: error: C compiler cannot create executables
如果使用 make 或 make all 会出现这样的问题，因为我们还未编译出目标指令集的 C 库
所以只能先使用 make all-gcc make all-target-libgcc

../../../../arm-linux/bin/ld: cannot find -lgcc
../../../../arm-linux/bin/ld: cannot find -lgcc_eh
很多资料都只写了 make all-gcc 而没有写 make all-target-libgcc 这样只建立了gcc，没有建立libgcc.a会出现以上第一个错误
如果没手工建立链接文件 libgcc_eh.a 则会出现第二个错误

7、配置内核生成必要的头文件

cd $DIR_SRC
cd linux-2.6.39.2
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=$IS_TARGET- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=$IS_TARGET-

mkdir -p $PREFIX/include
cd $PREFIX/include
ln -s $DIR_SRC/linux-2.6.39.2/arch/arm/include/asm asm
ln -s $DIR_SRC/linux-2.6.39.2/include/linux linux
ln -s $DIR_SRC/linux-2.6.39.2/include/asm-generic asm-generic

这里并没有将内核的头文件复制到交叉工具链的安装目录
编译C库的时候，需要对应的CPU指令集的汇编代码所以做了链接处理

编译内核在执行 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=$IS_TARGET- 时如果出错，是没有关系的，这里只要生成了对应的 version.h autoconf.h就可以了

8、编译C库

cd $DIR_SRC
cd glibc-2.9
mkdir build
cd build

vi ../configure
vi ../ports/sysdeps/unix/sysv/linux/arm/sigrestorer.S
vi ../sysdeps/unix/syscall-template.S 
vi ../nptl/allocatestack.c 
vi ../elf/dl-tls.c
vi ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_fma.c
vi ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_fmaf.c

具体的修改，我写在下面（觉得还是要说清楚为什么修改，所以就没用sed命令或是做一些patch文件了，请向下看）

CC=$IS_TARGET-gcc \
$CONFIGURE_BASE \
--host=$IS_TARGET \
-enable-add-ons \
--with-binutils=$PREFIX/bin \
--with-headers=$PREFIX/include \
libc_cv_forced_unwind=yes \
libc_cv_c_cleanup=yes

值得注意的几个configure选项
--host
--with-headers
lib_cv_forced_unwind
lib_cv_c_cleanup

make
make install 

这里编译的时候并有选择TARGET为EABI，所以在制作交叉工具链时会有很多问题需要修改

*** These critical programs are missing or too old: as ld
*** Check the INSTALL file for required versions.
vi ../configure 
查找  "$AS --version" 将 2.1[3-9] 修改为 2.[1-2][0-9]
查询  "$LD --version" 将 2.1[3-9] 修改为 2.[1-2][0-9]

Error: previous CFI entry not closed (missing .cfi_endproc)
vi ../ports/sysdeps/unix/sysv/linux/arm/sigrestorer.S
ENTRY(__default_sa_restorer) 下增加
END(__default_sa_restorer)
ENTRY(__default_rt_sa_restorer) 下增加
END(__default_rt_sa_restorer)

syscall-template.S:82: Error: CFI instruction used without previous .cfi_startproc
vi ../sysdeps/unix/syscall-template.S 
这个问题的修改我也不是十分确定，我是这样来思考的
看到 syscall-template.S 中 有 #include 
去查看 ports/sysdeps/unix/sysv/linux/arm/sysdep.h
看到如下代码
#ifdef __ASSEMBLER__
#undef  PSEUDO

#define PSEUDO(name, syscall_name, args)                                      \
  .text;                                                                      \
  ENTRY (name);                                                               \
    DO_CALL (syscall_name, args);                                             \
    cmn r0, $4096;

猜测是__ASSEMBLER__宏未打开，以至于未能找到PSEUD0函数的声明，则将

#define PSEUDO(name, syscall_name, args)                                      \
  .text;                                                                      \
  ENTRY (name);                                                               \
    DO_CALL (syscall_name, args);                                             \
    cmn r0, $4096;

这段代码 添加至 ../sysdeps/unix/syscall-template.S 中

LS_DTV_UNALLOCATED  undeclared (first use in this function)
vi ../nptl/allocatestack.c
vi ../elf/dl-tls.c 
这个错误会出现在编译以上两个文件的时候，这个宏的定义我grep了整个glibc的所有代码，没找到ARM相关的声明及定义，按照其他指令集的定义猜测着修改如下
在以上两个C文件中增加相应的定义

#define TLS_DTV_UNALLOCATED      ((void *) -1l)

E_TOWARDZERO undeclared (first use in this function)
E_INEXACT undeclared (first use in this function)
以上两个错误会出现在以下两个文件的的编译过程中
vi ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_fma.c
vi ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_fmaf.c
参考 ports/sysdeps/arm/eabi/bits/fenv.h中的定义
在两个文件中添加
#define FE_TOWARDZERO 0xc00000
#define FE_INEXACT 16

mawk: scripts/gen-sorted.awk: line 19: regular expression compile failed 
所以要 aptitude install gawk 所以也顺带着 aptitude remove mawk

configure: error: forced unwind support is required 
configure 中增加配置参数 libc_cv_forced_unwind=yes 

error: the compiler must support C cleanup handlin
configure 中增加配置参数libc_cv_c_cleanup=yes 

--enable-add-ons 为 C 库 增加 thread 支持，目前默认使用的是 nptl 所以这里没有去下载 glibc-threads 相关的代码

--with-headers 指定内核头文件所在的目录

9、编译完整的 gcc 工具链

mkdir -p $PREFIX/usr
cd $PREFIX/usr
ln -s ../include include

cd $PREFIX
mkdir -p opt/cross_toolchains
cd opt/cross_toolchains/
ln -s ../../../arm arm

cd $DIR_SRC
cd gcc-4.6.1
cd build
make clean
make distclean
rm * -rf

$CONFIGURE_BASE \
--target=arm-linux \
--enable-languages=c,c++ \
--enable-shared \
--disable-nls \
--enable-c99 \
--enable-long-long \
--disable-multilib \
--enable-__cxa_atexit

几个值得注意的configure 选项
--target
--enable-shared

make
make install

The directory that should contain system headers does not exist:
这个问题我没具体的去跟踪了，从表面上看出来是一些路径上的问题，并且经过验证，这个问题是在configure时使用了--with-sysroot选项时产生的
为了尝试不通过建立链接的方式去解决这个问题
在指明了 --includedir --libdir --sysconfdir 等等一系列参数后编译，依然会出现此问题
所以不再跟踪，暂且是当做GCC编译环境上的一个 BUG好了

/opt/cross_toolchains/arm/arm-linux/bin/ld: cannot find /opt/cross_toolchains/arm/lib/libc.so.6 inside /opt/cross_toolchains/arm
这个问题更是有点神经病了，所以这里也不跟踪了，也是由于使用了 --with-sysroot选项产生的问题，建立了第二个链接文件
目的是让 /opt/cross_toolchains/arm 这个被当做是根目录的目录里面能有一个跟 --prefix 指定的 /opt/cross_toolchains/arm 一样的目录结构（说起来真别扭）

参考资料
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-embcmpl/
http://cross-lfs.org/view/clfs-embedded/arm/cross-tools/introduction.html
http://www.linuxsir.org/bbs/showthread.php?t=267672（这个文章虽然有点老，也有点神，把一些能看懂的说的让人看不懂,那个图更是让人觉得，汗，但原理还是说的很清楚的，这里强调的--with-sysroot的3次出现的问题，还是值得仔细想想的,这也是我为什么将 --with-sysroot 选项 做到$CONFIGURE_BASE 这个环境变量中的原因）