3.6 工具链
在Linux的编程中，通常使用GNU工具链编译Bootloader（U-boot）、内核和应用程序。GNU组织维护了GCC、
GDB、glibc、Binutils等，分别见于https://gcc.gnu.org/，https://www.gnu.org/software/gdb/，https://www.gnu.org/software/libc/、https://www.gnu.org/
建立交叉工具链的过程相当烦琐，一般可以通过类似crosstool-ng这样的工具来做。crosstool-ng也采用了与内核相似的menuconfig配置方法。在官网http://www.crosstool-ng.org/上下载crosstool-ng的源代码并编译安装后，运行ct-ng menuconfig，会出现如图3.12的配置菜单。在里面我们可以选择目标机处理器型号，支持的内核版本号等。
图3.12 crosstool-ng的配置菜单
也可以直接下载第三方编译好的、开放的、针对目标处理器的交叉工具链，如
在http://www.mentor.com/embedded-software/sourcery-tools/sourcery-codebench/editions/lite-edition/上可以下载
针对ARM、MIPS、高通Hexagon、Altera Nios II、Intel、AMD64等处理器的工具链，在http://www.linaro.org/downloads/可以下载针对ARM的工具链。
在ARM Linux的开发中，人们趋向于使用Linaro（http://www.linaro.org/）工具链团队维护的ARM工具链，它以每月一次的形式发布新的版本，编译好的可执行文件可从网址http://www.linaro.org/downloads/下载。Linaro是ARM Linux领域中最著名最具技术成就的开源组织，其会员包括ARM、Broadcom、Samsung、TI、Qualcomm等，国内的海思、中兴、全志和中国台湾的MediaTek也是它的会员。
一个典型的ARM Linux工具链包含arm-linux-gnueabihf-gcc（后续工具省略前缀）、strip、gcc、objdump、ld、gprof、nm、readelf、addr2line等。用strip可以删除可执行文件中的符号表和调试信息等来实现缩减程序体积的目的。gprof在编译过程中在函数入口处插入计数器以收集每个函数的被调用情况和被调用次数，检查程序计数器并在分析时找出与程序计数器对应的函数来统计函数占用的时间。objdump是反汇编工具。nm则用于显示关于对象文件、可执行文件以及对象文件库里的符号信息。其中，前缀中的“hf”显示该工具链是完全的硬浮点，由于目前主流的ARM芯片都自带VFP或者NEON等浮点处理单元（FPU），所以对硬浮点的需求就更加强烈。Linux的浮点处理可以采用完全软浮点，也可以采用与软浮点兼容，但是使用FPU硬件的softfp，以及完全硬浮点。具体的ABI（Application Binary Interface，应用程序二进制接口）通过-mfloat-abi=参数指定，3种情况下的参数分别是-mfloat-abi=soft/softfp/hard。
在以前，主流的工具链采用“与软浮点兼容，但是使用FPU硬件的softfp”。softfp使用了硬件的FPU，但是函数的参数仍然使用整型寄存器来传递，完全硬浮点则直接使用FPU的寄存器传递参数。
下面一段程序：
float mul(float a, float b)
{
return a * b;
}
void main(void)
{
printf("1.1 * 2.3 = %f\n", mul(1.1, 2.3));
}
对其使用arm-linux-gnueabihf-gcc编译并反汇编的结果是：
000 08394
8394: b480 push {r7}
8396: b083 sub sp, #12
8398: af00 add r7, sp, #0
839a: ed87 0a01vstrs0, [r7, #4](null)839e: edc7 0a00vstrs1, [r7]
83a2: ed97 7a01 vldr s14, [r7, #4](null)
83a6: edd7 7a00 vldr s15, [r7]
83aa: ee67 7a27 vmul.f32 s15, s14, s15
83ae: eeb0 0a67 vmov.f32 s0, s15
83b2: f107 070c add.w r7, r7, #12
83b6: 46bd mov sp, r7
83b8: bc80 pop {r7}
83ba: 4770 bxlr
0000 83bc
83bc: b580 push {r7, lr}
83be: af00 add r7, sp, #0
83c0: ed9f 0a09vldrs0, [pc, #36](null); 83e8
83c8: f7ff ffe4 b8394
83cc: eef0 7a40 vmov.f32 s15, s0
83d0: eeb7 7ae7 vcvt.f64.f32 d7, s15
83d4: f248 4044 movw r0, #33860 ; 0x8444
83d8: f2c0 0000 movt r0, #0
83dc: ec53 2b17 vmov r2, r3, d7
83e0: f7ff ef82 blx 82e8 <_init+0x20>
83e4: bd80 pop {r7, pc}
83e6: bf00 nop
而使用没有“hf”前缀的arm-linux-gnueabi-gcc编译并反汇编的结果则为
000 0838c
838c: b480 push {r7}
838e: b083 sub sp, #12
8390: af00 add r7, sp, #0
8392: 6078 str r0, [r7, #4]8394: 6039 str r1, [r7, #0]8396: ed97 7a01 vldr s14, [r7, #4](null)
839e: ee67 7a27 vmul.f32 s15, s14, s15
83a2: ee17 3a90 vmov r3, s15
83a6: 4618 mov r0, r3
83a8: f107 070c add.w r7, r7, #12
83ac: 46bd mov sp, r7
83ae: bc80 pop {r7}
83b0: 4770 bxlr
83b2: bf00 nop
000 083b4
83b4: b580 push {r7, lr}
83b6: af00 add r7, sp, #0
83b8: 4808 ldr r0, [pc, #32] ; (83dc
83bc: f7ff ffe6 bl 838c
83c0: ee07 0a90 vmov s15, r0
83c4: eeb7 7ae7 vcvt.f64.f32 d7, s15
83c8: f248 4038 movwr0, #33848; 0x8438
83cc: f2c0 0000 movtr0, #0
83d0: ec53 2b17 vmovr2, r3, d7
83d4: f7ff ef84 blx 82e0 <_init+0x20>
83d8: bd80 pop {r7, pc}
83da: bf00 nop
可以看出前面的汇编使用s0和s1传递参数，后者则仍然使用ARM的r0和r1。测试显示一个含有浮点运算的程序若使用hard ABI会比softfp ABI快5%~40%，如果浮点负载重，结果可能会快200%以上。
3.7 实验室建设
在公司或学校的实验室中，PC的性能一般来说不会太高，用PC来编译Linux内核和模块的速度总会受限。相反，服务器的资源相对比较充分，CPU以及磁盘性能都较高，因此在服务器上进行内核、驱动及应用程序的编译开发将更加快捷，而且使用服务器更有利于统一管理实验室内的所有开发者。图3.13所示为一种常见的小型Linux实验室环境。
在Linux服务器上启动了Samba、NFS和sshd进程，各工程师在自己的Linux或Windows客户机上通过SSH用自己的用户名和密码登录服务器，便可以使用服务器上的GCC、GDB等软件。
在Windows下，常用的SSH客户端软件是SSH Secure Shell，而配套的SSH Secure File Transfer则可用在客户端和服务器端复制文件。在Linux下可以通过在终端下运行ssh命令连接服务器，并通过scp命令在服务器和本地之间复制文件。
图3.13 小型Linux实验室环境
目标板、服务器和客户端全部通过交换机连接，同时客户端连接目标板的串口作为控制台。在调试Linux应用程序时，为了方便在目标板和开发环境间共享文件，有时候可以使用NFS文件系统。编写完成的应用程序或内核模块可直接存放在服务器的NFS服务目录内，而该目录可被目标板上的Linux系统装载到本身的一个目录内。
3.8 串口工具
在嵌入式Linux的调试过程中，目标机往往会提供给主机一个串口控制台，驱动工程师在80%以上的情况下都是通过串口与目标机通信。因此，好用的串口工具将大大提高工程师的生产效率。
在Windows环境下，其附件内自带了超级终端，超级终端包括了对VT100、ANSI等终端仿真功能以及对xmodem、ymodem、zmodem等协议的支持。
在调试过程中，经常需要保存串口打印信息的历史记录，这时候可以使用“传送”菜单下的“捕获文字”功能来实现。
SecureCRT是比超级终端更强大且更方便的工具，它将SSH的安全登录、数据传送性能和Windows终端仿真提供的可靠性、可用性和可配置性结合在一起。鉴于SecureCRT具备比超级终端更强大且好用的功能，建议直接用SecureCRT替代超级终端。
在开发过程中，为执行自动化的串口发送操作，可以使用SecureCRT的VBScript脚本功能，让其运行一段脚本，自动捕获接收到的串口信息并向串口上发送指定的数据或文件。
另外，在Windows环境下，也可以选用PuTTY工具，该工具非常小巧，而功能很强大，可支持串口、Telnet和SSH等，其官方网址为http://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/。
Minicom是Linux系统下常用的类似于Windows下超级终端的工具，当要发送文件或设置串口时，需先按下“Ctrl+A”键，紧接着按下“Z”键激活菜单，如图3.14所示。
图3.14 Minicom
除了Minicom以外，在Linux系统下，也可以直接使用C-Kermit。运行kermit命令即可启动C-Kermit。在使用C-Kermit连接目标板（开发板）之前，需先进行串口设置，如下所示：
set line /dev/ttyS0
set speed 115200
set carrier-watch off
set handshake none
set flow-control none
robust
set file type bin
set file name lit
set rec pack 1000
set send pack 1000
set window 5
之后，使用以下命令就可以将kermit连接到目标板：connect
在kermit的使用过程中，会涉及串口控制台和kermit功能模式之间的切换，从串口控制台切换到kermit的方法是按下“Ctrl+\”键，然后再按下“C”键。假设在串口控制台上敲入命令，使得目标板进入文件接收等待状态，此后可按下“Ctrl+\”键，再按“C”键，切换到kermit，运行“send/file_name”命令传输文件。文件传输结束后，再运行“c”命令，将进入串口控制台。