GCC 编译器套件说明

Posted 2023-03-05 夏沫の浅雨

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了GCC 编译器套件说明相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

写在前面：

本文章旨在总结备份、方便以后查询，由于是个人总结，如有不对，欢迎指正；另外，内容大部分来自网络、书籍、和各类手册，如若侵权请告知，马上删帖致歉。

GCC 简述

The GNU Compiler Collection，通常简称 GCC ，是一套由 GNU 开发的编译器集合。

为什么是编辑器集合而不是编译器呢？

那是因为 GNU 编译器集合包括 C、C++、Objective-C，Fortran，Ada、Go 和 D 等，以及这些语言的库（libstdc++,…）。 GCC 最初是作为 GNU 操作系统的编译器编写的。 GNU 系统被开发为 100% 的自由软件，即从某种意义上说它是自由的，尊重用户的自由。另外 GCC 对硬件平台的支持，可以说无所不在，它不仅支持 x86 处理器架构, 还支持 ARM, Motorola 68000, Motorola 8800，AtmelAVR，MIPS 等处理器架构。

GCC 主要构成

gcc-core：顾明之意是 GCC 的核心部分，这部分是只包含 c 的编译器及公共部分，而对其他语言（C++、Ada 等）的支持包需要另外安装，这也是 GCC 为何如此强大的重要原因。gcc-core 依赖于 Binutils。
Binutils：它是一组开发工具，包括连接器，汇编器和其他用于目标文件和档案的工具。关于 Binutils 的介绍可以参考官方的 Binutils 介绍。这个软件包依赖于不同的目标机平台，因为不同目标机的指令集是不一样的，比如 arm 跟 x86 就不一样。
常用的工具有：
- as：汇编器，把汇编语言代码转换为机器码（目标文件）。
- ld：链接器，把编译生成的多个目标文件组织成最终的可执行程序文件。
- readelf：可用于查看目标文件或可执行程序文件的信息。
- objcopy：可用于目标文件格式转换，如 .elf 转换成 .bin 。
- objdump：可用于查看目标文件的信息，最主要的作用是反汇编。
- addr2line：可用于将程序指令地址转换为所对应的函数名、以及函数所在的源文件名和行号。
Glibc：包含了主要的 c 库，这个库提供了基本的例程，用于分配内存，搜索目录，读写文件，字符串处理等等。

ARM 编译工具链

编译器主要用来编译源文件，而在编译一个源文件时需要经过以下 4 步：

预处理：为把头文件的代码、宏之类的内容转换成生成的 .i 文件，还是 C 代码。
编译：把预处理后的 .i 文件通过编译成 .s 文件，汇编语言。
汇编：将汇编语言文件生成目标文件 .o 文件，机器码。
链接：将每个源文件对应的 .o 文件链接起来，就生成一个可执行程序文件。

交叉编译器：如果我们希望编译器运行在 x86 架构平台上，然后编译生成 ARM 架构的可执行程序，这种编译器和目标程序运行在不同架构的编译过程，被称为 “交叉编译”，而对应使用的编译工具就成为交叉编译器。

GNU 交叉编译器的命名规则：

arch [-vendor] [-os] [-(gnu)abi] [-language]

arch：体系架构，如 arm 、 aarch64 或者 mips 等；
vendor：工具链提供商，没有 vendor 时，用 none 代替；
os：目标操作系统，没有 os 支持时，用 none 代替；
abi：应用二进制接口（Application Binary Interface），对于嵌入式平台命名为 eabi ， e 表示 Embedded；
language：编译器支持的语言，如：gcc 、 g++ 。

note：如果同时没有 vendor 和 os 支持，则只用一个 none 代替。例如 arm-none-eabi 中的 none 表示既没有 vendor 也没有 os 支持。

关于 ABI 和 EABI 的区别

ABI：应用二进制接口（Application Binary Interface）。在计算机中，应用二进制接口描述了应用程序（或者其他类型）和操作系统之间或其他应用程序的低级接口。

EABI：嵌入式应用二进制接口（Embedded Application Binary Interface）。嵌入式应用二进制接口指定了文件格式、数据类型、寄存器使用、堆积组织优化和在一个嵌入式软件中的参数的标准约定。开发者使用自己的汇编语言也可以使用 EABI 作为与兼容的编译器生成的汇编语言的接口。

两者主要区别是：ABI 是计算机上的，EABI 是嵌入式平台上（如 ARM，MIPS 等）的；EABI 去掉了用户代码和系统内核之间的抽象，可以让用户代码直接访问硬件，提高了性能。

关于 gcc 和 g++ 的区别

实际上，只要是 gcc 编译器支持的语言都可以使用 gcc 编译器完成编译，而 g++ 编译器只会按照 C++ 的风格编译代码。虽然很多情况下我们都认为 C++ 是对 C 语言兼容的，但是实际上在一些具体的语法规则上，C++ 在编译过程中的语法检查会更加严格。此外，C++ 语言本身在编译过程中也会引入 C++ 的标准库，如果使用 gcc 编译器直接编译 C++ 语言会在编译过程中添加额外的参数，这样会显得编译过程较为繁琐（因为大部分情况下我们希望标准库可以直接引入，而不是再需要手动指定，否则对于初级使用者会带来额外的学习负担）。为了更方便使用编译器，我们选择 g++ 来编译 C++ 代码。总结一下，gcc 可以完成 C++ 语言的编译，但是使用过程会较为繁琐，而 g++ 就是简化后的编译指令。

与 gnueabi 相关的 gnueabi 和 gnueabihf 的区别

gcc-arm-linux-gnueabi – The GNU C compiler for armel architecture

AND

gcc-arm-linux-gnueabihf – The GNU C compiler for armhf architecture

这两个交叉编译器分别适用于 armel 和 armhf 两个不同的架构，armel 和 armhf 这两种架构在对待浮点运算采取了不同的策略（有 fpu 的 ARM 才能支持这两种浮点运算策略）。

这两个交叉编译器是 gcc 的选项 -mfloat-abi 的默认值不同；该选项有三种值 soft、softfp、hard（其中后两者都要求 ARM 里有 fpu 浮点运算单元，soft 与后两者是兼容的，但 softfp 和 hard 两种模式互不兼容）：

soft：不用 fpu 进行浮点计算，即使有 fpu 浮点运算单元也不用，而是使用软件模式。
softfp： armel 架构（对应的编译器为 arm-linux-gnueabi-gcc ）采用的默认值，用 fpu 计算，但是传参数用普通寄存器传，这样中断的时候，只需要保存普通寄存器，中断负荷小，但是参数需要转换成浮点的再计算。
hard： armhf架构（对应的编译器 arm-linux-gnueabihf-gcc ）采用的默认值，用 fpu 计算，传参数也用 fpu 中的浮点寄存器传，省去了转换，性能最好，但是中断负荷高。

几种常见的编译 ARM 的交叉编译器：

arm-none-eabi：用于编译裸机程序或系统，这个是没有操作系统的，不支持那些系统调用等系列接口，可调用 newlib 库，适用于 ARM7/Cortex-M/Cortex-R。

arm-none-linux-gnueabi：用于编译 ARM 架构的 u-boot、Linux 内核、Linux 应用等，使用 glibc 库，适用于 ARM9/ARM11/Cortex-A。

arm-eabi：用于安卓程序编译。

armcc：早期 Keil 软件公司（现已被 ARM 公司收购）出品的支持相应器件的编译工具，可以编译裸机程序，一般和 ARM 开发工具一起，Keil MDK 内置。

基于 GCC 的 ARM 编译工具链提供商

目前，为 ARM 平台提供交叉编译工具链的提供商，本人所找到的只有两家：ARM 官方和 Linaro 公司。

Arm GNU Toolchain

ARM 除了有自己的专用编译器之外，还维护了一套基于 GCC 的交叉编译工具链，被称为 Arm GNU Toolchain。截至于 2022 年，Arm GNU Toolchain 被分为了 A family（GNU Toolchain for the Cortex-A Family）和 R & M family（GNU Arm Embedded Toolchain）两大类，但是自 2022 年开始，ARM 对其进行了统一。

Linaro Toolchain

Linaro 是一间非营利性质的开放源代码软件工程公司，主要的目标在于开发不同半导体公司系统单片机（SoC）平台的共通软件。其维护的工具链下载地址为：https://snapshots.linaro.org/gnu-toolchain/ 。另外，从 https://www.linaro.org/downloads/ 的描述上看，目前 Linaro 仅针对于 Cortex-A 内核的编译工具链进行维护，而对用于 ARM 嵌入式处理器的 Cortex-R 和 Cortex-M 裸机编译工具链，则需要去 ARM 官网下载！