构建嵌入式liunx系统

构建嵌入式liunx系统4.1.1由于一般嵌入式开发系统存储容量有限，在裁减和定制Linux，运用于嵌入式系统前，通常需要在PC机上建立一个用于目标机的交叉编译环境，也就是将各种二进制工具程序集成为工具链，其中包括如GNU的链接器（ld）、GNU的汇编器（as）、ar（产生修改和解开一个存档文件）、C编译器（gcc）以及C链接库（glibc）。本文以在Linux系统上针对目标机arm为例，介绍了跨平台开发工具链的建立过程。2什么是交叉编译？简单地说，交叉编译就是在一个平台上生成在另一个平台上执行的代码。这里的平台包括体系结构（Architecture）和操作系统（OS）。同一个体系结构可以运行不同的操作系统，同样，同一个操作系统也可以在不同的体系结构上运行。举例来说，x86Linux平台是Intelx86体系结构和Linuxforx86操作系统的统称。为什么要用交叉编译？原因有两个。一是目标平台所需要的bootloader以及OS核心还没有建立时，需要作交叉编译。二是目标机设备不具备一定的处理器能力和存储空间，即单独在目标板上无法完成程序开发，所以只好求助宿主机。这样可以在宿主机上对即将在目标机上运行的应用程序进行编译，生成可以在目标机上运行的代码格式，然后移植到目标板上，也就是目前嵌入式程序开发的Host/Target模式。3对于i386的理解如果单纯说i386、i686，就是指平时所说的CPU类型。从Linux内核设计上讲，i386是架构，i486/586/686这些CPU的架构都是i386，所以很多linux方面的设计都是基于i386。简单地说，i386跟ppc,alpha,arm等放在一起时就是指架构，跟i586，i686放在一起指处理器型号，一个是横向的，一个是纵向的。4.1.2GUN跨平台开发链的建立过程1选定软件版本要想选用适当的版本，以保证建立的工具链可用，就必须找到适合主机和目标板的组合。这些可以自己测试，也可以从网上寻找已经测试过的版本组合，即binutils、gcc、glibc的版本组合。我用的宿主机为redhat-9.0，目标机arm，选择的版本如下：-----------------------------------------------------------------------------binutils-2.11.2.tar.gz包含有ld、ar、as等一些产生或者处理二进制文件的工具。gcc-core-2.95.3.tar.gz包含GCC的主体部分。gcc-g++2.95.3.tar.gz可以使GCC编译C++程序。glibc-2.2.4.tar.gzlibc是很多用户层应用都要用到的库，即C链接库。glibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gzlibc用于支持Posix线程单独发布的压缩包。linux-2.4.21.tar.gz+rmk1Linux的内核及其支持ARM的补丁包。-----------------------------------------------------------------------------你可以尝试选定更新的版本，编译无法通过时，依次使用较旧的版本。即时发现新版本组合能够编译成功，仍然需要测试建立的工具链是否可以使用。你可以从FTP网站/gnu/或者任何其他的镜像网站下载GNU工具链的各个组件：binutils包位于binutils目录，gcc包位于gcc目录，而glibc包与glibc-linuxthreads包放在glibc目录。下面给出上面选用的各个版本的下载路径。-----------------------------------------------------------------------------binutils-2.11.2.tar.gz/gnu/binutils/binutils-2.11.2.tar.gzgcc-core-2.95.3.tar.gz/gnu/gcc/gcc-2.95.3/gcc-core-2.95.3.tar.gzgcc-g++2.95.3.tar.gz/gnu/gcc/gcc-2.95.3/gcc-g++-2.95.3.tar.gzglibc-2.2.4.tar.gz/gnu/glibc/glibc-2.2.4.tar.gzglibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gz/gnu/glibc/glibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gzlinux-2.4.21.tar.gz+rmk1/pub/linux/kernel/v2.4/linux-2.4.21.tar.gz.uk/pub/linux/arm/kernel/v2.4/patch-2.4.21-rmk1.gz-----------------------------------------------------------------------------2建立工作目录我的用户名为lqm，所以所有的工作都在/home/lqm下面建立完成。输入命令用红色标记，结果用绿色。***************************************************$cd/home/lqm进入工作目录$pwd查看当前目录/home/lqm$mkdirembedded-system创建工具链文件夹$ls查看/home/lqm建立的所有文件embedded-system***************************************************现在已经建立了顶层文件夹embedded-system，下面在此文件夹下建立如下几个目录：-----------------------------------------------------------------------------setup-dir存放下载的压缩包src-dir存放binutils、gcc、glibc解压之后的源文件kernel存放内核文件，对内核的配置和编译工作也在此完成build-dir编译src-dir下面的源文件。这是GNU推荐的源文件目录与编译目录分离的做法。tool-chain交叉编译工具链的安装位置program存放编写程序doc说明文档和脚本文件-----------------------------------------------------------------------------下面建立目录，并且下载源文件。***************************************************$pwd/home/lqm/$cdembedded-system$mkdirsetup-dirsrc-dirkernelbuild-dirtool-chainprogramdoc$lsbuild-dirdockernelprogramsetup-dirsrc-dirtool-chain$cdsetup-dir$wget/gnu/binutils/binutils-2.11.2.tar.gz下载源文件$wget/gnu/gcc/gcc-2.95.3/gcc-core-2.95.3.tar.gz$wget/gnu/gcc/gcc-2.95.3/gcc-g++-2.95.3.tar.gz$wget/gnu/glibc/glibc-2.2.4.tar.gz$wget/gnu/glibc/glibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gz$wget/pub/linux/kernel/v2.4/linux-2.4.21.tar.gz$wget.uk/pub/linux/arm/kernel/v2.4/patch-2.4.21-rmk1.gz$lsbinutils-2.11.2.tar.gzgcc-g++-2.95.3.tar.gzglibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gzpatch-2.4.21-rmk1.gzgcc-core-2.95.3.tar.gzglibc-2.2.4.tar.gzlinux-2.4.21.tar.gz$cd../build-dir$mkdirbuild-binutilsbuild-gccbuild-glibc建立编译目录***************************************************3输出环境变量在建立与使用某些工具程序时，可能会用到这些目录的路径，如果设计一个简短的命令脚本，设定适当的环境变量，则可以简化操作过程。下面就建立命令脚本hjbl：***************************************************$pwd/home/lqm/embedded-system/build-dir$cd../doc$mkdirscripts$cdscripts$vihjbl用文本编辑器emacs编译环境变量脚本-----------------------------------------------------------------------------在随后打开的emacs编辑窗口中输入下面内容（如果在命令行界面下，则必须要用到vi文本编辑器，emacs则不可以）：exportPRJROOT=/home/lqm/embedded-systemexportTARGET=arm-linuxexportPREFIX=$PRJROOT/tool-chainexportTARGET_PREFIX=$PREFIX/$TARGETexportPATH=$PREFIX/bin:$PATH保存后关闭emacs窗口，如果要在目前的窗口中执行此脚本，即让环境变量生效，还需要执行下面的语句：-----------------------------------------------------------------------------$.hjbl(注意：在点和hjbl之间有一个空格)$cd$PRJROOT验证环境变量是否生效$lsbuild-dirdockernelprogramsetup-dirsrc-dirtool-chain***************************************************该环境变量的作用时间仅仅在Terminal当前窗口，如果将窗口关闭，开启一个新的窗口，则环境变量实效，需要重新执行下面的命令：$./home/lqm/embedded-system/doc/scripts/hjbl说明：TARGET变量用来定义目标板的类型，以后会根据此目标板的类型来建立工具链。参看表1。目标板的定义与主机的类型是没有关系的，但是如果更改TARGET的值，GNU工具链必须重新建立一次。PREFIX变量提供了指针，指向目标板工具程序将被安装的目录。TARGET_PREFIX变量指向与目标板相关的头文件和链接库将被安装的目录。PATH变量指向二进制文件（可执行文件）将被安装的目录。表1TARGET变量值实际的目标板TARGET变量值PowerPCpowerpc-linuxARMarm-linuxMIPS(bigendian)mips-linuxMIPS(littleendian)mipsel-linuxSuperH4sh4-linux4内核头文件的配置内核头文件的配置是建立工具链的第一步。它与后面将要执行的其他步骤有着类似性，大多需要执行下面几步操作：1、解压缩包2、为跨平台开发设定包的配置3、建立包4、安装包***************************************************$pwd/home/lqm/embedded-system/$cdkernel$tarxvzf../setup-dir/linux-2.4.21.tar.gz解压缩$gunzip../setup-dir/patch-2.4.21-rmk1.gz$cdlinux-2.4.21$patch–p1<../../setup-dir/patch-2.4.21-rmk1给Linux内核打补丁$makeARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-menuconfig配置$makedep-----------------------------------------------------------------------------变量ARCH和CROSS_COMPILE的值与目标板的架构类型有关。如果使用PPC目标板，则ARCH=ppcCROSS_COMPILE=ppc-linux-。如果使用i386目标板，则ARCH=i386CROSS_COMPILE=i386-linux-。makemenuconfig是以文本菜单方式配置。makexconfig是以图形界面方式配置。makeconfig是纯文本方式界面配置。一般选择makemenuconfig，注意在选项SystemTypes中选择正确的硬件类型。配置完退出并保存，检查一下的内核目录中的kernel/linux-2.4.21/include/linux/version.h和autoconf.h文件是不是生成了，这是编译glibc是要用到。version.h和autoconf.h文件的存在，说明你生成了正确的头文件。然后，建立工具链需要的include目录，并将内核头文件复制过去。-----------------------------------------------------------------------------$cdinclude$ln-sasm-armasm#可以查看一下，经过编译可以自动生成。如果已经生成连接，则不必写$cdasm$ln-sarch-epxaarch#同上说明$ln-sproc-armvproc#同上说明#这些是针对makefile文件作出的修改$mkdir–p$TARGET_PREFIX/include$cp–r$PRJROOT/kernel/linux-2.4.21/include/linux$TARGET_PREFIX/include$cp–r$PRJROOT/kernrl/linux-2.4.21/include/asm-arm$TARGET_PREFIX/include/asm***************************************************注意：1、不必再每次重新设定内核配置之后重建工具链，除非你变更了处理器或系统的类型。工具链只需要一组可供目标板使用的有效头文件即可，这些头文件在前面的程序中早就已经提供了。2、asm-linux文件夹放到目标文件夹$TARGET_PREFIX/include/时要更改名称为asm，因为配置文件的include包含都是<asm/*.h>方式。这也是交叉编译的不同之处。否则就会出现类似下面的错误提示：-----------------------------------------------------------------------------done_udivsi3_divsi3_umodsi3_modsi3_dwmd_lnxlibgcc1.s:438:asm/unistd.h:Nosuchfileordirectorymake[1]***[libgcc1-asm.a]error1-----------------------------------------------------------------------------5binutils(二进制工具程序)的设置binutils包中的工具常用来操作二进制目标文件。该包中最重要的两个工具就是GNU汇编器as和链接器ld。***************************************************$cd$PRJROOT/src-dir$tarxvzf../setup-dir/binutils-2.11.2.tar.gz$cd$PRJROOT/build-dir/build-binutils$../../src-dir/binutils-2.11.2/configure--target=$TARGET--prefix=$PREFIX$make$makeinstall$ls$PREFIX/bin验证安装的结果是否正确arm-linux-addr2linearm-linux-ldarm-linux-readelfarm-linux-ararm-linux-nmarm-linux-sizearm-linux-asarm-linux-objcopyarm-linux-stringsarm-linux-c++filtarm-linux-objdumparm-linux-striparm-linux-gasparm-linux-ranlib***************************************************注意：每个工具的文件名的前缀都是前面为TARGET变量设定的值。如果目标板是i386-linux，那么这些工具的文件名前缀就会是i386-linux-。这样就可以根据目标板类型找到正确的工具程序。3.6初始编译器的建立开始只能建立支持C语言的引导编译器，因为缺少C链接库（glibc）的支持。等到glibc编译好之后，可以重新编译gcc并提供完整的C++支持。***************************************************$cd$PRJROOT/setup-dir$mvgcc-core-2.95.3.tar.gzgcc-2.95.3.tar.gz#重命名$cd$PRJROOT/src-dir$tarxvzf../setup-dir/gcc-2.95.3.tar.gz$cd$PRJROOT/build-dir/build-gcc$../../src-dir/gcc-2.95.3/configure--target=$TARGET--prefix=$PREFIX--without-headers--enable-languages=c--------------------------------------------------------------------------------因为是交叉编译器，还不需要目标板的系统头文件，所以需要使用--without-headers这个选项。--enable-language=c用来告诉配置脚本，需要产生的编译器支持何种语言，现在只能支持C语言。--disable-threads是因为threads需要glibc的支持。准备好了Makefile文件，进行编译之前，需要修改src-dir/gcc-2.95.3/gcc/config/arm/t-linux文件，在TARGET_LIBGCC2_CFLAGS中添加两个定义：-Dinhibit_libc-D__gthr_posix_h，否则会报错。-----------------------------------------------------------------------------$make$makeinstall***************************************************3.7建立C库（glibc）这一步是最为繁琐的过程。目标板必须靠它来执行或者是开发大部分的应用程序。glibc套件常被称为C链接库，但是glibc实际产生很多链接库，其中之一是C链接库libc。因为嵌入式系统的限制，标准GNUC链接库显得太大，不适合应用在目标板上。所以需要寻找C链接库的替代品，比如uClibc。在这里，现以标准GNUC为例建立工具链。***************************************************$cd$PRJROOT/src-dir$tarxvzf../setup-dir/glibc-2.2.4.tar.gz$tarxvzf../setup-dir/glibc-linuxthreads-2.2.4.tar.gz--directory=glibc-2.2.4$cd$PRJROOT/build-dir/build-glibc$CC=arm-linux-gcc../../src-dir/glibc-2.2.4/configure--host=$TARGET--prefix=”/usr”--enable-add-ons--with-headers=$TARGET_PREFIX/include$make$makeinstall_root=$TARGET_PREFIXprefix=””install-----------------------------------------------------------------------------在这里设定了install_root变量，指向链接库组件目前所要安装的目录。这样可以让链接库及其头文件安装到通过TARGET_PREFIX指定的与目标板有关的目录，而不是建立系统本身的/usr目录。因为之前使用--prefix选项来设定prefix变量的值，而且prefix的值会被附加到install_root的值之后，成为链接库组件的安装目录，所以需要重新设定prefix的值。这样所有的glibc组件将会安装到$TARGET_PREFIX指定的目录下。-----------------------------------------------------------------------------$cd$TARGET_PREFIX/lib$cp./libc.so./libc.so.orig-----------------------------------------------------------------------------编辑文件libc.so，更改如下：/*GNUldscriptUsethesharedlibrary,butsomefunctionsareonlyinthestaticlibrary,sotrythatsecondarily.*/GROUP(libc.so.6libc_nonshared.a)-----------------------------------------------------------------------------***************************************************8完整编译器的设置现在可以为目标板安装支持C和C++的完整编译器了。这个步骤相对于前面来建立过程要简单一些。***************************************************$cd$PRJROOT/build-dir/build-gcc$../../src-dir/gcc-2.95.3/configure--target=$TARGET--prefix=$PREFIX--enable-languages=c,c++$makeall$makeinstall************************************************************3.9完成工具链的设置***************************************************$cd$TARGET_PREFIX/bin$fileasargccldnmranlibstrip查看文件是否为二进制文件$a