如何使用 LLVM 在 Windows 上为 ARM 编译 C++ 程序？

Posted 2023-04-14

【中文标题】如何使用 LLVM 在 Windows 上为 ARM 编译 C++ 程序？

【英文标题】：How to compile C++ program on Windows for ARM using LLVM?

【发布时间】：2018-11-28 14:00:35

【问题描述】：

目标仅使用 LLVM 在 Windows 上为 ARM 编译 C++ 程序。

为什么 LLVM 因为许可许可。

我开始怀疑我对 LLVM 的理解是否正确。

在主机上做

使用 clang（前端）生成中间表示。此表示与目标无关。 使用 llc（后端）生成目标汇编代码。 使用 lld-link.exe 生成可执行文件。

然后在目标机器上执行。

主机Windows 10，64位

目标机器用手臂 cortex-a57 驱动 PX

程序

int main(int argc, char* argv[]) 

    int x=41;
    x++;
    return x;

我检查并编译了 LLVM（使用 Visual Studio 2015，Release build，CPU= x64）

我的尝试

clang.exe -target arm -march=armv8-a -mcpu=cortex-a57 -mfloat-abi=hard  -emit-llvm -c -o main.bc  main.cpp
llc.exe -march=arm -mcpu=cortex-a57 -mattr=a57,armv8-a,v8 -meabi=gnu -o main.s main.bc
lld-link.exe /entry:main /machine:arm main.s

错误

lld-link.exe: error: main.s: unknown file type

然后我尝试在 Windows 上做前端步骤，在 arm 机器上做后端。

clang.exe -target arm -march=armv8-a -mcpu=cortex-a57 -mfloat-abi=hard  -emit-llvm -c -o main.bc  main.cpp
llc.exe -march=arm -mcpu=cortex-a57 -mattr=a57,armv8-a,v8 -meabi=gnu -o main.s main.bc
SCP main.s to the arm machine. SSH and
gcc main.s (using gcc as a test. LLVM should do this.)

错误

main.s: Assembler messages:
main.s:2: Error: unknown pseudo-op: `.syntax'
main.s:3: Error: unknown pseudo-op: `.eabi_attribute'
main.s:9: Error: unknown pseudo-op: `.fpu'
main.s:26: Error: junk at end of line, first unrecognized character is `@'
main.s:29: Error: unknown pseudo-op: `.code'
main.s:31: Error: unknown pseudo-op: `.fnstart'
main.s:32: Error: junk at end of line, first unrecognized character is `@'
main.s:34: Error: operand 1 should be an integer register -- `mov r2,#0'
main.s:41: Error: operand 1 should be an integer or stack pointer register -- `add r0,r0,#1'
main.s:45: Error: unknown mnemonic `bx' -- `bx lr'
main.s:48: Error: unknown pseudo-op: `.cantunwind'
main.s:49: Error: unknown pseudo-op: `.fnend'
main.s:50: Error: junk at end of line, first unrecognized character is `@'

所以我尝试只针对 Windows

clang.exe  -emit-llvm -c -o main.bc  main.cpp
llc.exe -march=x86 -c -o main.s main.bc
ld.lld.exe main.s

错误

ld.lld.exe: error: main.s:1: unknown directive: .text

然后，使用 gcc 代替 ld.lld.exe（再次使用 gcc 作为测试。LLVM 应该这样做。）

clang.exe  -emit-llvm -c -o main.bc  main.cpp
llc.exe -march=x86 -c -o main.s main.bc
gcc main.s -o main.exe

这行得通。测试我输入

main.exe
echo Exit Code is %errorlevel%

返回 42

一般问题

在仅使用 LLVM（没有 gcc，没有从 ARM 下载任何内容）的 Windows 下编译针对 arm CPU 的 C++ 程序的步骤是什么？

具体问题

自编译 LLVM 附带的工具（例如 clang.exe、llc.exe、lld.exe）能否在 Windows 目标 arm 上编译可执行文件？例如，lld 是否仍在开发中？ 为什么我尝试在 Windows 下编译和链接，针对 Windows 失败？ 在主机上为目标链接时，头文件和库（例如 libstdc++）来自哪里？我想我需要从手臂机器上得到那些？将它们复制到主机并告诉链接器在哪里可以找到它们？对吗？

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更新

所以我最初尝试Cross-compilation using Clang

clang.exe --target=arm --sysroot=c:\code\clang\FromCmdLine main.cpp  -v

结果是

clang.exe: error: linker (via gcc) command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

而-v的细节是

 "C:\\llvm\\clang.exe" -cc1 -triple armv4t-- -emit-obj -mrelax-all -disable-free -disable-llvm-verifier -discard-value-names -main-file-name main.cpp -mrelocation-model static -mthread-model posix -mdisable-fp-elim -fmath-errno -masm-verbose -mconstructor-aliases -target-cpu arm7tdmi -target-feature +soft-float -target-feature +soft-float-abi -target-feature -fp-only-sp -target-feature -d16 -target-feature -vfp2 -target-feature -vfp3 -target-feature -fp16 -target-feature -vfp4 -target-feature -fp-armv8 -target-feature -neon -target-feature -crypto -target-feature +strict-align -target-abi aapcs -msoft-float -mfloat-abi soft -fallow-half-arguments-and-returns -dwarf-column-info -debugger-tuning=gdb -v -resource-dir "c:\\llvm\\clang\\7.0.0" -isysroot "c:\\code" -fdeprecated-macro -fdebug-compilation-dir "c:\\code" -ferror-limit 19 -fmessage-length 293 -fno-signed-char -fobjc-runtime=gcc -fcxx-exceptions -fexceptions -fdiagnostics-show-option -fcolor-diagnostics -o "C:\\Users\\AppData\\Local\\Temp\\main-b17d06.o" -x c++ main.cpp
clang -cc1 version 7.0.0 based upon LLVM 7.0.0svn default target x86_64-pc-win32
ignoring nonexistent directory "c:\code\usr/local/include"
ignoring nonexistent directory "c:\code\usr/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 C:\llvm\clang\7.0.0\include
End of search list.
 "C:\\MinGW\\bin\\gcc.exe" "--sysroot=c:\\code" -v -o a.out "C:\\Users\\AppData\\Local\\Temp\\main-b17d06.o"
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=C:\MinGW\bin\gcc.exe
COLLECT_LTO_WRAPPER=c:/mingw/bin/../libexec/gcc/mingw32/6.3.0/lto-wrapper.exe
Target: mingw32
Configured with: ../src/gcc-6.3.0/configure --build=x86_64-pc-linux-gnu --host=mingw32 --target=mingw32 --with-gmp=/mingw --with-mpfr --with-mpc=/mingw --with-isl=/mingw --prefix=/mingw --disable-win32-registry --with-arch=i586 --with-tune=generic --enable-languages=c,c++,objc,obj-c++,fortran,ada --with-pkgversion='MinGW.org GCC-6.3.0-1' --enable-static --enable-shared --enable-threads --with-dwarf2 --disable-sjlj-exceptions --enable-version-specific-runtime-libs --with-libiconv-prefix=/mingw --with-libintl-prefix=/mingw --enable-libstdcxx-debug --enable-libgomp --disable-libvtv --enable-nls
Thread model: win32
gcc version 6.3.0 (MinGW.org GCC-6.3.0-1)
COMPILER_PATH=c:/mingw/bin/../libexec/gcc/mingw32/6.3.0/;c:/mingw/bin/../libexec/gcc/;c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../../mingw32/bin/
LIBRARY_PATH=c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/;c:/mingw/bin/../lib/gcc/;c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../../mingw32/lib/;c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../;c:/code/clang/FromCmdLine/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'a.out' '-mtune=generic' '-march=i586'
 c:/mingw/bin/../libexec/gcc/mingw32/6.3.0/collect2.exe -plugin c:/mingw/bin/../libexec/gcc/mingw32/6.3.0/liblto_plugin-0.dll -plugin-opt=c:/mingw/bin/../libexec/gcc/mingw32/6.3.0/lto-wrapper.exe -plugin-opt=-fresolution=C:\Users\AppData\Local\Temp\ccufvVIA.res -plugin-opt=-pass-through=-lmingw32 -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_eh -plugin-opt=-pass-through=-lmoldname -plugin-opt=-pass-through=-lmingwex -plugin-opt=-pass-through=-lmsvcrt -plugin-opt=-pass-through=-ladvapi32 -plugin-opt=-pass-through=-lshell32 -plugin-opt=-pass-through=-luser32 -plugin-opt=-pass-through=-lkernel32 -plugin-opt=-pass-through=-lmingw32 -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_eh -plugin-opt=-pass-through=-lmoldname -plugin-opt=-pass-through=-lmingwex -plugin-opt=-pass-through=-lmsvcrt --sysroot=c:\code\clang\FromCmdLine -Bdynamic -o a.out c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../crt2.o c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/crtbegin.o -Lc:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0 -Lc:/mingw/bin/../lib/gcc -Lc:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../../mingw32/lib -Lc:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../.. -Lc:/code/clang/FromCmdLine/lib C:\Users\AppData\Local\Temp\main-b17d06.o -lmingw32 -lgcc -lgcc_eh -lmoldname -lmingwex -lmsvcrt -ladvapi32 -lshell32 -luser32 -lkernel32 -lmingw32 -lgcc -lgcc_eh -lmoldname -lmingwex -lmsvcrt c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/crtend.o
c:/mingw/bin/../lib/gcc/mingw32/6.3.0/../../../../mingw32/bin/ld.exe: C:\Users\AppData\Local\Temp\main-b17d06.o: Relocations in generic ELF (EM: 40)
C:\Users\AppData\Local\Temp\main-b17d06.o: error adding symbols: File in wrong format

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更新

这并不能完全回答我的问题，但它确实帮助我进步。

为了更好地理解，我发现crosstool-NG 很有用，尤其是他们的documentation（第 1 章到第 5 章）。

然后我阅读了cmake cross compiling 文档。

我写了一个小cmake C++测试。

Helloworld.cpp

#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])

   std::cout << "Hello World!" << std::endl;
   return 0;

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.9)
project (hello)
add_executable(hello helloworld.cpp)

针对 cmake 的特定配置。这是来自4。

set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)

set(CMAKE_SYSROOT /home/user/x-tools/aarch64-unknown-linux-gnueabi/aarch64-unknown-linux-gnueabi/sysroot/)
set(CMAKE_STAGING_PREFIX /home/user/crosscompile/stage)

set(tools /home/user/x-tools/aarch64-unknown-linux-gnueabi)
set(CMAKE_C_COMPILER $tools/bin/aarch64-unknown-linux-gnueabi-gcc)
set(CMAKE_CXX_COMPILER $tools/bin/aarch64-unknown-linux-gnueabi-g++)

set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY)

还有命令行

cmake -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../toolchain_file.txt ..

交叉编译到 ARM，程序在 ARM 机器上运行。

但这不使用 LLVM / Clang。要使用 LLVM，我想更改工具链配置以使用

set(tools /usr/bin)
set(CMAKE_C_COMPILER $tools/clang)
set(CMAKE_CXX_COMPILER $tools/clang++)

失败，因为该 bin 文件夹是用于主机的。

我还尝试使用从http://releases.llvm.org/download.html 下载的 AArch64。是的，那也没用。

总之，这就是我们所需要的。

一个 sysroot 文件夹，其中包含目标系统的 lib 和 include 文件夹。好的，该 sysroot 文件夹中的内容应该比 lib 和 include 更多。 目标系统的工具链（编译器、汇编器、链接器）。

【问题讨论】：

链接器获得main.s 似乎很奇怪。打赌它期望main.o。

main.s 来自llvm.org/docs/GettingStarted.html#example-with-clang（LLVM 系统入门 -> 使用 clang 的示例）第 6 点（llc hello.bc -o hello.s）。但是，是的，那些家伙不直接调用链接器。

【参考方案1】：

这是我必须做的，为了让概念验证工作，只使用 llvm 进行交叉编译，host=linux x86_64 和 target = DrivePX (arm aarch64)。 （也适用于 host=Windows 10 x86_64。）

我推荐一个像croostool-ng这样的工具，它为你设置了一个交叉编译工具链，但下面的步骤展示了幕后发生的事情，它只使用了llvm。

在主机上，检出并编译 LLVM，包括 Clang 见http://llvm.org/docs/GettingStarted.html。 这需要很长时间，所以发布版本。还要确保您有足够的空间 (GB)。 告诉 cmake 进行发布构建，例如 CC=gcc CXX=g++ cmake -G "Unix Makefiles" -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ../llvm/ 然后调用 make。 在主机上调用 clang。 记得设置目标，例如--target=aarch64-linux-gnu 告诉 clang 使用 llvm 链接器，即-fuse-ld=lld clang --target=aarch64-linux-gnu -v main.cpp -o main -fuse-ld=lld 会有很多链接器错误

ld.lld：错误：找不到库 -lgcc

ld.lld：错误：找不到库 -lgcc_s

ld.lld：错误：找不到库 -lc

还有一些关于缺少 crtX.o 文件的错误，例如

ld.lld：错误：无法打开 crt1.o：没有这样的文件或目录

在目标机器上找到所有的 libgcc、libc 等文件。 记得复制完整版本的库，例如对于 libgcc_s.so 复制 libgcc_s.so.1 将这些文件复制到主机。 告诉 clang 在哪里可以找到这些库，例如将文件复制到名为 libs 的文件夹中 clang --target=aarch64-linux-gnu -v main.cpp -o main -fuse-ld=lld -L./libs 还请记住，链接器正在寻找例如libgcc_s.so 所以创建符号链接到例如libgcc_s.so.1. 将 crtX.o 文件从目标复制到主机。将它们放在 main.cpp 旁边。 然后又出现一个错误

ld.lld：错误：未定义符号：__libc_csu_fini

该符号位于 libc_nonshared.a 中。这answer 帮助了。

libc.so 是一个链接器脚本，它告诉链接器拉入共享库 libc.so.6 和非共享部分 libc_nonshared.a

在主机上找到并打开 libc.so 并查看 libc.so.6 和 libc_nonshared.a 的位置。 将它们复制到主机。 告诉链接器使用这两个库，即-lc -lc_nonshared clang --target=aarch64-linux-gnu -v main.cpp -o main -fuse-ld=lld -L./libs -lc -lc_nonshared

我的短文本代码只依赖于 libc、libgcc，不需要头文件。如果您的代码需要其他库和头文件，则必须将它们从目标复制到主机。

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更新 如果您想了解 libgcc，请阅读 this question。

【讨论】：

我建议将 /usr 和 /lib 从目标复制到文件夹 x 并使用 --sysroot=/path/to/x 告诉 clang/lld。没有选项-L 或将“随机”文件复制到“随机”位置。 （不可否认，复制了更多文件，但更干净恕我直言）。