Archlinux 搭建 arm64/AArch64 交叉編譯環境
0. 系統環境
系統：
- Archlinux: 成文時間最新
工具版本：
- Binutils: 2.34-1
- GCC: 9.2.1+20200130-2
- GNU Make: 4.3
1. 編譯交叉編譯工具鏈
此部分參考博客。
交叉編譯工具鏈需要用到至少七個工具（庫）：
同時我們還有兩個用於優化的庫：
這兩個庫是可選的。
搭建完成后我們會獲得一系列編譯、鏈接工具，包括我們熟知的 gcc、ld 等。
1.1 准備工作
首先建立三個目錄，分別存放源碼、構建文件和編譯結果（也即我們需要的交叉編譯工具鏈）
mkdir -p /path/to/cross-compile-src/
mkdir -p /path/to/cross-compile-build/
mkdir -p /path/to/cross-compile-install/
export CROSS_COMPILE_SRC=/path/to/cross-compile-src/
export CROSS_COMPILE_BUILD=/path/to/cross-compile-build/
export CROSS_COMPILE_INSTALL=/path/to/cross-compile-install/
將安裝目錄內未來會生成的 bin 目錄加入 PATH（我以為這一步只是為了省事，為了不把環境變量搞亂我第一次嘗試沒有加，結果編譯失敗）
export PATH=$CROSS_COMPILE_INSTALL/bin:$PATH
接下來下載相應的包，筆者選用的軟件包版本分別為（除 Linux Kernel 外均為成文時最新穩定）
| 軟件名 | 版本 |
|---|---|
| Binutils | 2.34 |
| GCC | 9.2.0 |
| glibc | 2.31 |
| Linux Kernel | 4.14.172 |
| MPFR | 4.0.2 |
| GMP | 6.2.0 |
| MPC | 1.1.0 |
| isl | 0.18 |
| CLooG | 0.18.1 |
下載相應的包
cd $CROSS_COMPILE_SRC
export GNU_MIRROR_SITE=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/gnu/
export KERNEL_MIRROR_SITE=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/
wget $GNU_MIRROR_SITE/binutils/binutils-2.34.tar.xz # binutils
wget $GNU_MIRROR_SITE/gcc/gcc-9.2.0/gcc-9.2.0.tar.xz # gcc
wget $GNU_MIRROR_SITE/glibc/glibc-2.31.tar.xz # glibc
wget $KERNEL_MIRROR_SITE/v4.x/linux-4.14.172.tar.xz # kernel
wget $GNU_MIRROR_SITE/mpfr/mpfr-4.0.2.tar.xz # mpfr
wget $GNU_MIRROR_SITE/gmp/gmp-6.2.0.tar.xz # gmp
wget $GNU_MIRROR_SITE/mpc/mpc-1.1.0.tar.gz # mpc
# optional
wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/isl-0.18.tar.bz2 # isl
wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/cloog-0.18.1.tar.gz # cloog
解壓
for f in *.tar.xz; do tar -xJf $f; done
for f in *.tar.bz2; do tar -xjf $f; done
for f in *.tar.gz; do tar -xzf $f; done
建立 GCC 依賴庫們的軟鏈接
ln -s ../mfpr-4.0.2 gcc-9.2.0/mfpr # mfpr
ln -s ../gmp-6.2.0 gcc-9.2.0/gmp # gmp
ln -s ../mpc-1.1.0 gcc-9.2.0/mpc # mpc
# optional
ln -s ../isl-0.18 gcc-9.2.0/isl # isl
ln -s ../cloog-0.18.1 gcc-9.2.0/cloog # cloog
設定編譯時使用的線程數
export NPROC=`nproc` # use all processors
1.2. 編譯安裝 Binutils
這個工具包將會被安裝在 /path/to/cross-compile-gcc/install/bin 內，包括了交叉匯編器、交叉鏈接器等工具。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir binutils
cd binutils
$CROSS_COMPILE_SRC/binutils-2.34/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL \
--target=aarch64-linux \
--disable-multilib
make -j$NPROC
make install
1.3. 安裝 Linux Kernel 頭文件
這一步會將 Linux Kernel 頭文件安裝咋 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-install/include，這樣交叉編譯鏈編譯出的軟件可以在目標平台中使用 Linux 系統調用。
cd $CROSS_COMPILE_SRC/linux-4.14.172
make \
ARCH=arm64 \
INSTALL_HDR_PATH=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux \
headers_install
1.4. 編譯安裝 GCC 和 glibc
這是很長的一步，我們將要輪流編譯屬於兩個庫（GCC 和 glibc）的組件，並最終全部編譯完成。編譯順序如下（圖源為參考博客）
1.4.1. 編譯器
這一步只會安裝 C/C++ 交叉編譯器本身，它們會被安裝在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/bin。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir gcc
cd gcc
$CROSS_COMPILE_SRC/gcc-9.2.0/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL \
--target=aarch64-linux \
--enable-language=c,c++ \
--disable-multilib
make -j$NPROC all-gcc
make install-gcc
這一步要編譯個十分鍾左右，可以去喝口水、打個飛機什么的。
1.4.2. 標准 C 頭文件和啟動文件
這一步里我們將所有的標准 C 頭文件安裝在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include 內。同時我們還會編譯一些啟動文件並安裝在 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib 內，這些文件將被下一步用到，並在下下步被替換。
注意： 如果前面沒有把 $CROSS_COMPILE_INSTALL/bin 加入到 PATH 中的話這一步會報錯。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD
mkdir glibc
cd glibc
$CROSS_COMPILE_SRC/glibc-2.31/configure \
--prefix=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux \
--build=$MACHTYPE \
--host=aarch64-linux \
--target=aarch64-linux \
--with-headers=$CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include \
--disable-multilib \
libc_cv_forced_unwind=yes
make install-bootstrap-headers=yes install-headers
make -j$NPROC csu/subdir_lib
install csu/crt1.o csu/crti.o csu/crtn.o $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib
aarch64-linux-gcc -nostdlib -nostartfiles -shared -x c /dev/null \
-o $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/lib/libc.so
touch $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64-linux/include/gnu/stubs.h
1.4.3. 編譯器支持庫
這一步我們使用前面編譯得到的交叉編譯器來編譯編譯器支持庫。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/gcc
make -j$NPORC all-target-libgcc
make install-target-libgcc
1.4.4. 編譯標准 C 庫
這一步我們可以完成 glibc 的編譯安裝。標准 C 庫將被安裝於 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64_linux/lib。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/glibc
make -j$NPROC
make install
這一步依然要十來分鍾，可以再來一發。
1.4.5. 編譯標准 C++ 庫
這一步我們可以完成 GCC 的編譯安裝。標准 C++ 庫將被安裝於 $CROSS_COMPILE_INSTALL/aarch64_linux/lib64。
cd $CROSS_COMPILE_BUILD/gcc
make -j$NPROC
make install
注意： 這一步可能出現如下錯誤
error: ‘PATH_MAX’ was not declared in this scope
216 | char filename[PATH_MAX];
| ^~~~~~~~
看了編譯命令發現沒有將我們導入的 Linux 頭文件加入 include 范圍，因此編譯時 include 的頭文件來自系統的 Linux 頭文件。因為編譯 GCC 使用的頭文件不一定是 GCC 運行時使用的頭文件，所以這個問題理論上不會影響交叉編譯的結果。我們只需要簡單地修改下源碼，將
#ifndef PATH_MAX
# define PATH_MAX 4096
#endif // PATH_MAX
加入 $CROSS_COMPILE_SRC/gcc-9.2.0/libsanitizer/asan/asan_linux.cc 即可。（如果有更好的方法請一定告訴我）
1.5. 測試交叉編譯器
aarch64-linux-gcc helloworld.c -o a.out
aarch64-linux-objdump -d a.out
1.6. 吐槽
你問我為什么不用 community 源里的 aarch64-linux-gnu-*？
因為我瞎我沒看到（哭）。
2. 交叉編譯內核
（未完待續）
3. 安裝內核
（未完待續）