出於低功耗、封裝限制等種種原因,之前的一些ARM架構處理器因為內部資源寶貴,加入浮點運算單元是十分奢侈的,因為需要額外的軟件實現。之前的ARM處理器架構是什么樣的?(http://www.cnblogs.com/zhangjiankun/p/4852749.html)
隨着技術發展,目前高端的ARM處理器已經具備了硬件執行浮點操作的能力。這樣新舊兩種架構之間的差異,就產生了兩個不同的嵌入式應用程序二進制接口(EABI)——軟浮點與矢量浮點(VFP)。矢量浮點和硬浮點什么關系?(http://www.arm.com/zh/products/processors/technologies/vector-floating-point.php http://www.eefocus.com/ayayayaya/blog/14-03/302211_6ecdc.html )
但是軟浮點(soft float)和硬浮點(hard float)之間有向前兼容卻沒有向后兼容的能力,也就是軟浮點的二進制接口(EABI)仍然可以用於當前的高端ARM處理器。
fpu單元
在ARM體系架構內核中,有些有浮點運算單元(fpu),有些沒有。對於沒有fpu內核,是不能使用armel和armhf的。在有fpu的情況下,就可以通過gcc的選項-mfloat-abi來指定使用哪種,有如下三種值:
-
soft:不用fpu計算,即使有fpu浮點運算單元也不用。
-
armel:也即softfp,用fpu計算,但是傳參數用普通寄存器傳,這樣中斷的時候,只需要保存普通寄存器,中斷負荷小,但是參數需要轉換成浮點的再計算。
-
armhf:也即hard,用fpu計算,傳參數用fpu中的浮點寄存器傳,省去了轉換性能最好,但是中斷負荷高。
kernel、rootfs和app編譯的時候,指定的必須保持一致才行。
使用softfp模式,會存在不必要的浮點到整數、整數到浮點的轉換。而使用hard模式,在每次浮點相關函數調用時,平均能節省20個CPU周期。對ARM這樣每個周期都很重要的體系結構來說,這樣的提升無疑是巨大的。
在完全不改變源碼和配置的情況下,在一些應用程序上,雖然armhf比armel硬件要求(確切的是指fpu硬件)高一點,但是armhf能得到20-25%的性能提升。對一些嚴重依賴於浮點運算的程序,更是可以達到300%的性能提升。
ABI 和 EABI
ABI:二進制應用程序接口(Application Binary Interface (ABI) for the ARM Architecture)。在計算機中,應用二進制接口描述了應用程序(或者其他類型)和操作系統之間或其他應用程序的低級接口。
EABI:嵌入式ABI。嵌入式應用二進制接口指定了文件格式、數據類型、寄存器使用、堆積組織優化和在一個嵌入式軟件中的參數的標准約定。開發者使用自己的匯編語言也可以使用 EABI 作為與兼容的編譯器生成的匯編語言的接口。
兩者主要區別是,ABI是計算機上的,EABI是嵌入式平台上(如ARM,MIPS等)。
armel與armhf
之前EABI中,armel(低端ARM硬件,支持armv4以上版本),在執行浮點運算之前,浮點參數必須首先通過整數寄存器,然后傳遞到浮點運算單元。新的EABI ,也就是armhf,通過直接傳遞參數到浮點寄存器優化了浮點運算的調用約定。
相比我們熟悉的armel,armhf代表了另一種不兼容的二進制標准。在一些社區的支持下,armhf目前已經得到了很大的發展。像 Ubuntu,已經計划在之后的發行版中放棄armel,轉而支持armhf編譯的版本。正如目前依然很火熱的Raspberry Pi(ARM11),由於ubuntu只支持armv7架構的編譯,Raspberry Pi將不能直接安裝ubuntu系統。而BB Black(Cortex-A8)和Cubietruct(Cortex-A7)則同時支持ubuntu的armel與armhf的編譯。
arm-linux-gnueabi-gcc 和 arm-linux-gnueabihf-gcc
兩個交叉編譯器分別適用於 armel 和 armhf 兩個不同的架構,armel 和 armhf 這兩種架構在對待浮點運算采取了不同的策略(有 fpu 的 arm 才能支持這兩種浮點運算策略)。
其實這兩個交叉編譯器只不過是 gcc 的選項 -mfloat-abi 的默認值不同。gcc 的選項 -mfloat-abi 有三種值 soft、softfp、hard(其中后兩者都要求 arm 里有 fpu 浮點運算單元,soft 與后兩者是兼容的,但 softfp 和 hard 兩種模式互不兼容):
soft: 不用fpu進行浮點計算,即使有fpu浮點運算單元也不用,而是使用軟件模式。
softfp: armel架構(對應的編譯器為 arm-linux-gnueabi-gcc )采用的默認值,用fpu計算,但是傳參數用普通寄存器傳,這樣中斷的時候,只需要保存普通寄存器,中斷負荷小,但是參數需要轉換成浮點的再計算。
hard: armhf架構(對應的編譯器 arm-linux-gnueabihf-gcc )采用的默認值,用fpu計算,傳參數也用fpu中的浮點寄存器傳,省去了轉換,性能最好,但是中斷負荷高。
把以下測試使用的C文件內容保存成 mfloat.c:
#include <stdio.h>
int main(void)
{
double a,b,c;
a = 23.543;
b = 323.234;
c = b/a;
printf(“the 13/2 = %f\n”, c);
printf(“hello world !\n”);
return 0;
}
1、使用 arm-linux-gnueabihf-gcc 編譯,使用“-v”選項以獲取更詳細的信息:
# arm-linux-gnueabihf-gcc -v mfloat.c
COLLECT_GCC_OPTIONS=’-v’ ‘-march=armv7-a’ ‘-mfloat-abi=hard’ ‘-mfpu=vfpv3-d16′ ‘-mthumb’
-mfloat-abi=hard
可看出使用hard硬件浮點模式。
2、使用 arm-linux-gnueabi-gcc 編譯:
# arm-linux-gnueabi-gcc -v mfloat.c
COLLECT_GCC_OPTIONS=’-v’ ‘-march=armv7-a’ ‘-mfloat-abi=softfp’ ‘-mfpu=vfpv3-d16′ ‘-mthumb’
-mfloat-abi=softfp
可看出使用softfp模式。
安裝
以上就是armel與armhf的比較。相信大家也應該有個大概的了解了。在Ubuntu系統下,如何根據需求分別實現兩種交叉編譯器的安裝呢?
arm-linux-gnueabi的安裝
sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi
按操作下載即可,沒啥好說的。
arm-linux-gnueabihf的安裝
兩種方法,
-
linaro開源組織有相關的交叉工具鏈下載,點擊進入網頁選擇下載即可,地址:https://launchpad.net/linaro-toolchain-binaries。
-
到本站工具鏈頁面下載,地址:http://www.veryarm.com/arm-linux-gnueabihf-gcc。
然后就是解壓到自定義目錄中,並添加bin環境變量。
armhf 使用
armhf的開啟需要硬件的支持,在Debian的wiki上要求ARMv7 CPU、Thumb-2指令集以及VFP3D16浮點處理器。
在gcc的編譯參數上,使用-mfloat-abi=hard -mfpu=vfp即可。
在工具上,CodeSourcery最早支持hard模式。或者,也可已自己編譯工具鏈。
參考:(http://www.veryarm.com/296.html )