二、buildroot 構建交叉編譯工具鏈

2.1 介紹

2.1.1 工具鏈簡介

一個編譯工具鏈模塊是允許為系統編譯代碼的一組工具。它由一個編譯器(在我們的例子中是 gcc)、像匯編器和鏈接器這樣的二進制 utils(一般是 binutils)和一個C標准庫(例如 GNU Libc, uClibc-ng)組成。

一個交叉編譯工具鏈是可有在主機上運行的，但是編譯出來的二進制文件只能運行在目標板或機器上。在我們的宿主機上也有工具鏈，它只能編譯適用於我們的宿主機，編譯出來的程序也只能運行在我們的宿主機上。

當前我們要使用 buildroot 編譯出來一個交叉編譯工具鏈，適用於我們的目標板。

目標板是 S3C2440，它是 ARM 架構的，arm920t 的核心。

2.1.2 buildroot 的工具鏈工具

buildroot 提供了兩種建立交叉編譯工具鏈的方式：

• 內部工具鏈后端，在配置接口中稱為 Buildroot 工具鏈。
• 外部工具鏈后端，在配置接口中稱為外部工具鏈。

使用工具鏈菜單中的工具鏈類型選項來選擇這兩種解決方案。一旦選擇了一個解決方案，就會出現許多配置選項。

在 根目錄下使用 make menuconfig，Toolchain--->Toolchain type

 

2.1.3 內部工具鏈

內部工具鏈是 Buildroot 在為目標嵌入式系統構建用戶空間應用程序和庫之前，自行構建的交叉編譯工具鏈。

此交叉編譯工具鏈支持幾種 C 庫：uClibc-ng, glibc 和 musl。

一旦選擇這個類型的工具鏈后，大量的選項將出現。最重要的選項如下：

• 更改構建工具鏈需要的內核頭文件版本。
  • 在構建交叉編譯工具鏈的過程中，C 庫也在被構建。這個庫提供了用戶空間應用程序和 Linux 內核之間的接口。為了知道如何與 Linux 內核“對話”，C 庫需要訪問Linux內核頭文件(即來自內核的.h文件)，它定義了用戶空間與內核之間的接口(系統調用、數據結構等)。
    
  • 由於此接口是向后兼容的，因此用於構建工具鏈的 Linux 內核頭的版本不需要與我們打算在嵌入式系統上運行的 Linux 內核的版本完全匹配。它們只需要有一個與我們要運行的 Linux 內核版本相同或更老的版本。
  • 如果我們使用的內核頭文件比我們在嵌入式系統上運行的 Linux 內核更新，那么C 庫可能使用的接口不是我們的 Linux 內核提供的。
• 更改 GCC 編譯器、binutils 和 C 庫的版本
• 選擇編譯器選項（只有使用 uClibc 的時候需要）
  • 工具鏈是否應該有 RPC 支持(主要用於 NFS)、寬字符支持、語言環境支持(用於國際化)、c++ 支持或線程支持。
  • 根據我們選擇的選項，Buildroot 菜單中可見的用戶空間應用程序和庫的數量將會改變：許多應用程序和庫需要啟用某些工具鏈選項。
  • 當需要某個工具鏈選項來啟用那些包時，大多數包都會顯示注釋。如果需要，可以通過運行 make uClibc -menuconfig 進一步優化 uClibc 配置。
  • 但是請注意，Buildroot中 的所有包都是根據內置的默認 uClibc 配置進行測試的:如果通過刪除 uClibc 的特性而偏離了這個配置，那么一些包可能不再構建。 

值得注意的是，每當修改其中一個選項時，就必須重新構建整個工具鏈和系統。

這種方式也有好處：與 Buildroot 有很好的集成並且快速，只構建必要的內容

缺點是：make clean 后需要重新構建工具鏈，這需要時間。如果我們試圖減少構建時間，可以考慮使用外部工具鏈。

2.1.4 外部工具鏈

 

 外部工具鏈允許使用現有的預先構建的交叉編譯工具鏈。

Buildroot知道許多著名的交叉編譯工具鏈(來自用於 ARM 的 Linaro、用於 ARM 的 Sourcery CodeBench、x86-64、PowerPC 和 MIPS)，並且能夠自動下載它們，或者指向一個定制的工具鏈，可以下載，也可以在本地安裝。

我們有三種方式使用一個外部工具鏈：

• 使用預定義的外部工具鏈配置文件，並讓 Buildroot 下載、提取和安裝工具鏈。Buildroot 已經知道一些 CodeSourcery 和 Linaro 工具鏈。從可用的工具鏈中選擇工具鏈配置文件。這絕對是最簡單的解決方案。
• 使用預定義的外部工具鏈配置文件，但不是讓 Buildroot 下載和提取工具鏈，我們可以告訴 Buildroot 我們的工具鏈已經安裝在系統的哪個位置。只需通過可用的工具鏈選擇工具鏈配置文件，自動取消選擇下載工具鏈，並用交叉編譯工具鏈的路徑填充工具鏈路徑
• 使用一個完全的自定義的外部交叉編譯工具鏈。
  • 這對於使用crosstool-NG或使用Buildroot本身生成的工具鏈特別有用。
    
  • 要做到這些，首先要在 Toolchain 配置選項中選擇 Custom toolchain
    
  • 我們需要填寫 Toolchain path, Toolchain prefix 和 External toolchain C library 選項
    
  • 接着需要必須告訴 Buildroot 我們的外部工具鏈支持什么。如果外部工具鏈使用 glibc 庫，只需要知道工具鏈是否支持 c++ 以及它是否有內置的 RPC 支持。如果外部工具鏈使用 uClibc 庫，那么您必須告訴 Buildroot 它是否支持 RPC、寬字符、語言環境、程序調用、線程和c++。
  • 在執行的開始，Buildroot 會告訴我們所選選項是否與工具鏈配置匹配。

如果想為自己的項目生成一個定制的工具鏈，它可以在 Buildroot中 使用外部工具鏈，建議使用 Buildroot 或 crosstool-NG 來構建它。

• 這種構建工具鏈的方式的好處是：
  • 允許使用眾所周知且經過良好測試的交叉編譯工具鏈。
    
  • 避免交叉編譯工具鏈的構建時間，這在嵌入式Linux系統的總體構建時間中通常非常重要。
• 壞處是：
  • 如果預先構建的外部工具鏈有錯誤，可能很難從工具鏈供應商那里得到修復，除非使用Buildroot或Crosstool-NG自己構建外部工具鏈。

2.2 構建工具鏈

2.2.1 使用 buildrtoo 構建外部工具鏈

內置的內部工具鏈選項可以用來創建外部工具鏈。下面是構建內部工具鏈並將其打包以供Buildroot自身(或其他項目)重用的一系列步驟。

make menuconfig 進入配置菜單

 

Target options 選擇 CPU 架構：

 

 

 ToolChain 中選擇配置交叉編譯工具鏈的一系列選項：

• Toolchain type：選擇 Buildroot toolchain
• custom toolchain vendor name：buildroot 構建的交叉編譯工具鏈的名字是 <arch>-<vendor>-<os>-<libc>，這個選項對應 vendor 名字，配置成 s3c24x0，那么我們生成的工具鏈是 arm-s3c24x0-linux-glibc
• C library：選擇 glibc
• Kernel Headers：內核頭文件，選擇手動指定，或者選擇里面提供的內核版本，我這里選擇手動指定 Manually specified Linux version
• linux version：Linux 版本，填入 4.4.174
• Custom kernel headers series：自定義內核頭文件系列，選擇 4.4.x
• Install glibc utilities：啟用這個選項將為目標編譯和安裝 getconf、ldconfig、ldd 和 locale glibc實用程序。按需要選擇
• Binutils Version：binutils 版本，保持默認
• Additional binutils options：額外的 binutils 選項，保持為空
• GCC compiler Version：GCC 編譯器版本，選擇為 gcc 8.x
• Additional gcc options：額外的 GCC 選項，保持默認為空就好，如果需要，就自己填寫
• 語言支持：可以支持 C++ ，Fortran，支持 C++即可
• Enable compiler link-time-optimization support：此選項支持gcc中的鏈接時間優化(LTO)。
• Enable compiler OpenMP support：為編譯器啟用 OpenMP 支持。主要是在編譯時采用並行處理
• Enable graphite support：此選項啟用編譯器中的石墨優化。這個選項看不懂
• Build cross gdb for the host：構建一個運行在主機上的交叉 gdb，並調試運行在目標機上的程序。它需要在目標上安裝'gdbserver'，即 BR2_PACKAGE_GDB_SERVER（Target packages-> Debugging, profiling and benchmark-> gdb ）
  • TUI support：此選項為gdb啟用終端用戶界面(TUI)
  • Python support：此選項支持交叉 gdb 中的 Python 支持。
  • Simulator support：此選項啟用了交叉 gdb 中的模擬器支持。
  • GDB debugger Version：版本選擇 gdb 8.2.x
• Copy gconv libraries：gconv 庫用於在不同字符集之間進行轉換。如果需要存儲和/或顯示不同的字符集，請使用'y'。
  
  • Gconv libraries to copy：設置為要復制的gconv庫列表。為空以復制所有gconv庫。只指定庫的基本名稱，忽略。so擴展。如:IBM850 ISO8859-15 UNICODE。注意,gconv 庫占用 8 M(在 ARM 上)。
• Extra toolchain libraries to be copied to target：如果工具鏈提供了需要復制到目標文件系統的額外庫，請在這里輸入它們，以空格作為分割符分割。如 "libasan liblsan libtsan libubsan"
• Enable MMU support： MMU 支持
• Target Optimizations：為目標主機構建時使用的優化。注意:gcc優化級別是在構建選項中定義的。一般不會選擇
• Target linker options：為目標構建時要傳遞給鏈接器的額外選項。
• Register toolchain within Eclipse Buildroot plug-in：這個選項告訴 Buildroot 生成必要的配置文件，通過 Eclipse Buildroot 插件使工具鏈出現在 Eclipse 中。

System configuration 中需要禁用掉系統初始化選項和 /bin/sh：

• Init system：選擇 none
• /bin/sh ：設置為 none

Target packages 中要禁用 busybox：

• busybox：選項設為空

Build options 中，需要設置一下源的路徑，在執行構建的過程中，需要從不同的源地址下載各種不同的包，由於國內的和諧，所以需要更改為國內鏡像：

• Mirrors and Download locations
  • Kernel.org mirror：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel
    
  • GNU Software mirror：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/gnu

Filesystem images 中禁用 tar the root filesystem

配置完成后，保存退出，然后執行命令 make sdk，編譯完成后，如下：

 SDK 的壓縮包存放再 $(O)/images 下，如果指定了 $(O)，就是指定的目錄，未指定則是根目錄下output 目錄。壓縮包名為 arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz：

 保存這個 tarball，因為它現在是一個工具鏈，我們可以在其他 Buildroot 項目中重用它作為外部工具鏈。

在 buildroot 下建立自己的工作源碼目錄 source，雖然可以按 buildroot 的架構去添加包之類的，但是太過麻煩，每次只有在編譯后，才能去看源碼，在開發中，更多的是便開發邊修改邊編譯。

mkdir source
cd source
cp ../output/images/arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz ./
mkdir toolchain
mv arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz ./toolchain
cd toolchain
tar -zxvf arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz
rm -rf arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz

現在要單獨保存一下 toolchain 的配置文件：

• 若是之前未使用 xxx_defconfig 生成的 .config 配置文件，根目錄下執行 make savedefconfig 會在當前根目錄下生成一個 defconfig 文件
• 若是使用的 xxx_defconfig 生成的 .config，則執行 make update-defconfig 會自動更新 xxx_defconfig 文件
• 生成 defconfig 后，保存到根目錄下的 configs 文件夾下， cp defconfig configs/s3c24x0ToolSDK_defconfig，在自己的 source 中也保存一份 cp defconfig source/s3c24x0ToolSDK_defconfig

保存后，執行一下 make clean，同時修改一下根目錄下的 Makefile，在執行 make distclean 的時候，不要刪除 dl 目錄，當然如果每次都想重新下載源碼包的另說，不用改。

 

 1070 行中，帶 dl 的刪除掉即可。

同時若是使用的 git 托管代碼，需要修改 .gitignore，將 dl 那一行刪除即可。

修改完成后，執行一下 make distclean，后面需要針對自己的工程進行配置，我們可以直接使用我們編譯出來的工具鏈，作為外部工具鏈使用。

make menuconfig 進入配置。

• Target options 中的配置與交叉編譯工具鏈的配置相同
• Toolchain 中，
  • 將 Toolchain type 改為 External toolchain，
  • Toolchain 選擇成 Custom toolchain
  • Toolchain origin 改為 Pre-installed toolchain
  • Toolchain path 填寫為我們的路徑：$(TOPDIR)/source/ arm-s3c24x0-linux-gnueabi_sdk-buildroot.tar.gz
  • External toolchain gcc version：改為我們編譯的版本 8.x
  • External toolchain kernel headers series：頭文件改為 4.4.x
  • External toolchain C library：改為 glibc
  •  Toolchain has SSP support?：勾選上
    • Toolchain has SSP strong support?：選上
  • Toolchain has RPC support?：勾選上
  • Toolchain has C++ support：勾選上
  • 其他的選項都保持和編譯工具鏈的時候一致。

使用外部工具鏈比較坑的是，執行 make 的時候，工具鏈又被編譯了一遍。這個問題再看看

指定 make savedefconfig 保存配置：

　　mv defconfig configs/s3c24x0_defconfig

執行 make distclean，上傳至 gitee 或是 github。

gitee 工程地址：https://gitee.com/cocosleep/project