使用Go语言交叉编译开发嵌入式Linux应用程序
文章目录
- 目的
- 基础说明
- 编译生成嵌入式Linux应用程序
- 二进制文件瘦身
- 与C语言混合进行开发
- 总结
目的
Go语言非常适合用来开发存储空间不紧张的嵌入式Linux设备应用程序，可以在性能需求和开发速度上找到一个不错的平衡点。这篇文章将介绍使用Go语言来开发嵌入式Linux应用程序相关内容。
基础说明
Go语言的基础说明可以参考：《Go语言基础入门》
Go语言刚开始的时候是基于C语言的，后来慢慢的脱离C独立发展了。到现在版本中Go语言底层已经完全脱离C语言了，运行时、编译器和链接器等主要都是由Go语言编写的了。
Go的编译器（Go compiler）很厉害，对常见平台和架构支持比较全面，你可以在任何可以安装Go开发环境的平台上直接编译出其它平台上的可执行文件，所需要的操作只是调整下Go的环境变量而已。
可以使用 go tool dist list 命令来查看Go支持的目标平台和架构，也可以使用 go tool dist list -json 命令查看更详细的信息：
可以看到Go基本可以覆盖目前常用的嵌入式Linux平台架构了。
编译生成嵌入式Linux应用程序
这里我用的开发平台与架构是 Window 10 基于x64处理器 ；目标平台是NUC980，其使用ARMv5指令集，没有硬件浮运算单元。目标平台只是进行了些基础的设置，相关信息如下：
《新唐NUC980使用记录：访问以太网（LAN8720A） & 启用SSH》
要编译生成不同平台架构嵌入式Linux应用程序只要设置相关的环境变量即可，可以使用 go env 命令来查看当前环境变量设置。当然目前我们关心的主要是下面两个：
GOOS目标平台操作系统；GOARCH目标平台处理器架构；
另外对应 arm 架构而言还需要设置 GOARM 变量，这个变量主要和具体架构细分有关：
| Architecture | Status | GOARM value | GOARCH value |
|---|---|---|---|
| ARMv4 and below | not supported | n/a | n/a |
| ARMv5 | supported | GOARM=5 | GOARCH=arm |
| ARMv6 | supported | GOARM=6 | GOARCH=arm |
| ARMv7 | supported | GOARM=7 | GOARCH=arm |
| ARMv8 | supported | n/a | GOARCH=arm64 |
另外 Linux内核必须使用 EABI ，详细内容可以参考下面链接：
https://github.com/golang/go/wiki/GoArm
针对我这里的目标平台可以使用下面命令来设置全局的Go环境变量：
go env -w GOOS=linux
go env -w GOARCH=arm
go env -w GOARM=5
设置环境变量后正常编译程序就可以生成目标平台的二进制程序了。
我一般不喜欢设置全局环境变量，更加喜欢临时指定目标平台进行编译：
GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 go build
需要注意的是Windows上命令提示符或者PowerShell中没法用上面这个方式设置，我这里因为安装过git，所以在 git bash 中使用。
下面是编译演示：
下面是在目标平台上运行上面编译产生的程序：
从上面演示中可以看到使用Go来开发嵌入式Linux应用程序是非常方便的，相比传统的使用C/C++来开发，可以省去编译工具链的设置等环节，开发平台的选择也变多了（比如这里就是在Windows上进行开发的）。
除了上面优点外，使用Go还有一个非常大的有点。传统的C/C++方式如果用到第三方的库很多时候都需要手动一个个从网上去下载；如果这些库依赖别的库，可能还需要另外去下载；不同库之间对版本还有要求，这些操作非常繁琐，还容易出问题。在Go中这就非常方便了，所有第三方库你只管直接写代码用，只要一条 go mod tidy 命令就会自动处理所有的第三方模块下载等相关事务。
当然用Go来开发也是有缺点的，因为Go默认是静态编译的，所以编译出来的二进制文件很大，比如上面的程序就有1.8M大小。不过静态编译有些时候也是优点，不用处理环境依赖等问题。
二进制文件瘦身
前面说Go默认是静态编译的，所以编译出来的二进制文件很大（当然Go也可以动态编译，不过那样用起来就麻烦了），我们可以稍作处理在一定程度上减小程序大小。最简单的就是设置编译选项来减少某些内容来减少程序大小：
go build -ldflags="-s -w"
# -s：忽略符号表和调试信息
# -w：忽略DWARFv3调试信息，使用该选项后将无法使用gdb进行调试
# 具体到这里可以使用下面命令
# GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 go build -ldflags="-s -w"
如果说上面方式只是稍微减小了程序大小，那么下面这个方法就会大大减小程序大小：
使用UPX工具：https://github.com/upx/upx UPX - the Ultimate Packer for eXecutables
下载对应开发平台上可用的程序（比如我这里下载win64的），然后使用该程序对二进制文件进行处理：
# 压缩file文件
upx file
# 指定压缩级别压缩file文件
upx [压缩级别] file
# 压缩级别可选 -1、-2、-3 ... -8、-9、--best 越后面的压缩率越高
# 对于小于512 KiB的文件默认压缩级别为-8，即 upx -8 file ，否则默认压缩级别为-7
# 解压缩经过压缩的文件
# upx -d file
下面是使用演示：
可以看到这个方式程序大小减小非常明显。
upx的工作原理是将二进制文件进行压缩，然后在头部加入解压缩指令，所以体积上可以减小非常多，不过换来的代价是程序启动的时候解压会有少许时间消耗。另外upx也有其可适用的目标平台，详细内容可以参考其自带的文档。
与C语言混合进行开发
嵌入式Linux应用程序有时候避免不了需要使用C语言操作有些功能，Go本身也是可以与C一起工作的：《Go语言与C语言相互调用》
如果与C语言混合进行开发的话C语言部分就必须使用对应的交叉编译工具链来编译了。Go中相关的几个环境变量如下：
CGO_ENABLED=1 表示使用C语言；AR打包链接器；CCC编译器；CXXC++编译器；
可以使用 go env -w XXX=xxx 来设置Go的全局环境变量，也可以编译时临时设置：
# 需要注意的是\后不能有空格
GOOS=linux \
GOARCH=arm \
GOARM=5 \
CGO_ENABLED=1 \
AR=arm-buildroot-linux-uclibcgnueabi-ar \
CC=arm-buildroot-linux-uclibcgnueabi-gcc \
CXX=arm-buildroot-linux-uclibcgnueabi-g++ \
go build
下面是个简单的演示：
我的交叉编译工具链是 《新唐NUC980使用记录：访问以太网（LAN8720A） & 启用SSH》 中的版本，所以就在该文章的开发环境中进行
总结
总体来说如果只是用Go语言来开发嵌入式Linux应用程序是比较方便的，可以比C/C++来开发效率上高蛮多。如果项目中混合使用了C/C++那问题也不大。基本上除非是目标设备的存储空间非常小，不然的话使用Go语言来开发嵌入式Linux应用程序还是值得尝试的。