Linux-基础入门-学习笔记（2）：交叉编译工具链与Makefile
Linux-基础入门-学习笔记（2）：交叉编译工具链与Makefile
一、安装交叉编译工具链
1. windows和linux下装软件的特点
windows下装软件的特点
Windows中装软件使用安装包，安装包解压后有2种情况：一种是一个安装文件（.exe .msi），双击进行安装，下一步直到安装完毕。安装完毕后会在桌面上生成快捷方式，我们平时使用快捷方式来启动这些程序；另一种是所谓的绿色软件、免安装软件。这种不用安装，直接解压开里面就有exe可以直接双击执行。
linux下装软件的特点
linux中安装软件比windows中复杂。linux中安装软件一般有以下几种方法：
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第一种：在线安装。譬如ubuntu中使用apt-get install vim来安装vim软件。
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第二种：自己下载安装包来安装。这种方式的缺陷就是你不知道你下载的安装包和你的系统是否匹配。
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第三种：最装逼的一种方式，就是源代码安装。
总结：我们安装交叉编译工具链（arm-linux-gcc）实际采用第二种安装方式。
2. 交叉编译工具链的安装（S5PV210）
在安装交叉编译工具链时，一定要选择跟当前版本相匹配的，避免出现不必要的麻烦。
（由于疫情在家，无法进行实际ZYNQ的交叉编译工具链的安装，这里仅叙述普通ARM的安装方式，Xilinx官方工具链待补充……）
安装步骤如下：
- 打开虚拟机，在/usr/local/下创建/usr/local/arm文件夹。
- 先将安装包从Windows中弄到linux中去。可以用共享文件夹，也可以用Samba，也可以cuteftp。
- 解压：tar -jxvf arm-2009q3.tar.bz2（这里是朱老师讲堂的三星板卡对应的交叉编译工具链压缩包）
- 安装完成，真正的应用程序安装在/usr/local/arm/arm-2009q3/bin目录下。
linux下文件目录管理方法：
技术角度来讲，linux中所有目录性质都是一样的，所以技术角度来讲我们把软件安装到哪里都行。但是因为如果胡乱放置，将来程序可能不好找。所以久而久之大家就总结了一个文件放置的一般定义，譬如说/bin目录放置一些系统自带的用户使用的应用程序，/sbin目录下存放的是系统自带的系统管理方面的应用程序。那我们装软件放在哪里？一般都在/usr目录下。我们安装arm-linux-gcc，就在 /usr/local/底下创建一个arm文件夹，然后装到里面。
安装后的测试：
到真正的应用程序的安装目录下（也就是/usr/local/arm/arm-2009q3/bin），去执行arm-linux-gcc -v
执行方法是： ./arm-none-linux-gnueabi-gcc -v
执行后可以得到一长串输出，其中有“gcc version 4.4.1 ”字样，即表示安装成功。
3. 配置环境变量PATH
什么是环境变量？
环境变量就是操作系统的全局变量。每一个环境变量对操作系统来说都是唯一的，名字和所代表的意义都是唯一的。linux系统可以有很多个环境变量。其中有一部分是linux系统自带的，还有一些是我们自己来扩充的。我们这里涉及到的一个环境变量是PATH。PATH这个环境变量是系统自带的，它的含义就是系统在查找可执行程序时会搜索的路径范围。
一般在找某个命令时，出现“command not found”，但是我们清楚这个命令在系统中有，一般就是由于环境变量所指明的目录中并没有该命令，可以用“echo $PATH”来查看当前环境变量。
如何将工具链导出到环境变量？
export PATH=/usr/local/arm/arm-2009q3/bin:$PATH
这个做法相当于导出PATH到该目录下，也就是在以前存的在PATH目录前添加了这个新的目录。
添加完PATH后，可以在任何地方执行被添加的指令，系统会自动到/usr/local/arm/arm-2009q3/bin的路径下去寻找该指令。
在一个终端中执行以上命令后，该终端中就可以直接使用arm-linux-gcc了，但是只要关掉这个终端再另外打开一个立马就不行了。原因是我们本次终端中执行时的操作只是针对本终端，以后再打开的终端并未被执行过这个命令所以没导出。
解决上述问题的方法是：
在~/.bashrc中，添加export PATH=/usr/local/arm/arm-2009q3/bin:$PATH 即可,因为每次打开终端时，都会执行.bashrc。
export PATH=/usr/local/arm/arm-2009q3/bin:$PATH
添加完之后需要重新打开终端才会生效。但要注意我们导出这个环境变量是在当前用户，如果你登录时在其他用户下是没用的。
如何为工具链创造符号链接？
ln arm-none-linux-gnueabi-addr2line -s arm-linux-addr2line
ln arm-none-linux-gnueabi-gcc -s arm-linux-gcc
这里仅列出了两个例子，我们需要将arm-none-linux下的所有工具都创造一个简化版的符号链接，方便使用。因此我们可以写成.sh脚本的形式，将所有内容都写在该文件中，然后./ xx.sh，执行这个脚本。
二、 Makefile
1. 为什么要使用Makefile？
在一个正式的软件项目中，由很多个.c和.h文件构成，此时如果直接在命令行编译，就会像这样：gcc a.c b.c c.c d.c e.c f.c g.c -o exe每次编译都要输入一堆东西很麻烦，这时就需要Makefile来解决，这样就能实现只需要写一次即可实现每次都能同时编译多个文件。
2. Makefile使用示例
Makefile创建步骤
- 创建Makefile文件：touch Makefile，然后vi Makefile进入到Makefile文件中。
- 在Makeflie文件中写入要编译的内容，格式如下，并保存退出。
exe（目标）: a.c b.c（依赖）
gcc a.c b.c -o exe（命令）
目标： 目标顶格写，后面是冒号（冒号后面是依赖）
依赖： 依赖是用来产生目标的原材料。
命令： 命令前面一定是Tab，不能是顶格，也不能说多个空格。命令就是要生成那 个目标需要做的动作。
- 然后直接make即可一键编译。
Makefile工作原理
- 当我们执行 make xx 的时候，Makefile会自动执行xx这个目标下面的命令语句。
- 当我们make xx的时候，是否执行命令是取决于依赖的。依赖如果成立就会执行命令，否则不执行。
- 我们直接执行make 和make 第一个目标，效果是一样的。（第一个目标其实就是默认目标）
示例：
Makefile文件：
exe: a.c b.c
gcc a.c b.c -o exe
clean:
rm exe
方式1：make （仅make时，默认执行第一个目标exe，可等效为make exe）
方式2：make clean （执行clean目标下的命令，即rm exe）
在实际的项目中，裸机程序中的Makefile是把程序的编译和链接过程分开的。平时我们用gcc a.c -o exe这种方式来编译时，实际上把编译和链接过程一步完成了。但是在内部实际上编译和链接永远是分开独立进行的，编译要使用编译器gcc，链接要使用链接器ld，对于交叉编译器来说arm-linux-ld即是用来链接的。（在gcc后加 -c即为只编译不链接, -o是用来指定名字的）
用一个实际项目举例：
led.bin: start.o //这里描述了目标和依赖，也是make默认执行的地方
arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^ //链接
arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin //制作镜像文件
arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis //得到反汇编程序
gcc mkv210_image.c -o mkx210 //编译生成可执行文件
./mkx210 led.bin 210.bin //执行
%.o : %.S
arm-linux-gcc -o $@ $< -c
%.o : %.c
arm-linux-gcc -o $@ $< -c
clean:
rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f
代码解读：
（1）arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf： arm-linux-ld：是用来链接的；-Ttext 0x0：指定代码段的起始地址从0x0开始（从反汇编中可以看出）；-o led.elf：链接生成的文件名为led.elf。这里.elf文件为可执行文件，在操作系统下就可以直接执行了。
（2）arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin： arm-linux-objcopy：用来制作镜像文件的；-O binary：表示生成2进制文件；led.elf led.bin：表示将elf文件生成为bin文件。这里.bin文件为可烧写文件，可以通过USB串口或SD卡烧写到板卡中执行，在嵌入式裸机中需要bin文件才能进行板卡的烧写。
（3）arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis： arm-linux-objdump：由编译链接好的elf格式的可执行程序反过来得到汇编源代码； -D表示反汇编 > 左边的是elf的可执行程序（反汇编时的原材料），>右边的是反汇编生成的反汇编程序（相当于由左边生成右边）。
3. 通配符%和Makefile自动推导
%是Makefile中的通配符，代表一个或几个字母。也就是说 %.o就代表所有以.o为结尾的文件。
所谓自动推导其实就是Makefile的规则。当Makefile需要某一个目标时，他会把这个目标去套规则说明，一旦套上了某个规则说明，则Makefile会试图寻找这个规则中的依赖，如果能找到则会执行这个规则用依赖生成目标。
4. 伪目标
伪目标意思是这个目标本身不代表一个文件，执行这个目标不是为了得到某个文件或东西，而是单纯为了执行这个目标下面的命令，例如上述清除命令。
伪目标一般都没有依赖，因为执行伪目标就是为了执行目标下面的命令。既然一定要执行命令了那就不必加依赖，因为不加依赖意思就是无条件执行。
伪目标可以直接写，不影响使用；但是有时候为了明确声明这个目标是伪目标会在伪目标的前面用.PHONY来明确声明它是伪目标。
5. makefile中一些符号的作用
（1）# 表示注释本行，与shell脚本相同。
（2）@ 表示静默执行，默认情况下在执行一行命令前会先把这行命令给打印出来，然后再执行这行命令。如果你不想看到命令本身，只想看到命令执行就静默执行即可。
（3）=与:= 用=赋值的变量，在被解析时他的值取决于最后一次赋值时的值，所以你看变量引用的值时不能只往前面看，还要往后面看。用:=来赋值的，则是就地直接解析，只用往前看即可。一般情况下要用:=比较安全。
（4）?= 如果变量前面并没有赋值过则执行这条赋值，如果前面已经赋值过了则本行被忽略。
（5）+= 用来给一个已经赋值的变量接续赋值，意思就是把这次的值加到原来的值的后面，有点类似于strcat。（+=续接的内容和原来的内容之间会自动加一个空格隔开）
（6）* 若干个任意字符。
（7）? 1个任意字符。
6. 自动变量
为什么使用自动变量。在有些情况下文件集合中文件非常多，描述的时候很麻烦，所以我们Makefile就用一些特殊的符号来替代符合某种条件的文件集，这就形成了自动变量。
自动变量的含义：预定义的特殊意义的符号。就类似于C语言编译器中预制的那些宏__FILE__一样。
常见自动变量：
$@ 规则的目标文件名
$< 规则的依赖文件名
$^ 依赖的文件集合
用一个Makefile举例：
all : 1.c 2.c 12.c test.c 1.h
echo $@
echo $<
echo $^
补充： ZYNQ平台下交叉编译环境的安装步骤（zedboard）
待补充……