Microprocessor System Lab. - Cross Compiler

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前言

其實整個課程已經看完了,只是因為寫 blog 需要準備很多資料,畢竟有些部分老師快速帶過,所以生產文章的速度遠不及看課程速度XD 這次要說的是 Cross Compiler,因為如果是安裝像是 SW4STM32 IDE,它所有 cross compiler 設定都已經備妥妥了,使用者只要按一個蟲蟲鍵便能快速 Debugger,不過實際上它背後執行許多程序,只是因為都被自動配置好了,因此使用者不太需要去處理這些額外的環境設定。

Cross compiler

當我們在開發 Embedded software 時,通常情況下,都是在自己所使用、性能比較好的 host PC 進行程式碼編寫和 compile,接著把 compile 過後的執行檔燒在開發板上(畢竟開發板的執行效率不如自己手上的電腦好,如果直接使用開發板來 compile,會 compile 到天荒地老吧)。

不過,大部分人使用的電腦都是 x86 系列,如果直接在電腦上使用一般 compiler,就只會編出僅供 x86 辨識的執行檔,而想要 compile 出其他 CPU 可以辨識的執行檔,就必須透過 cross compiler 的協助才行。

img source: http://abhishekmourya.blogspot.com/2014/02/cross-compiling-toolchain.html

至於 cross compiler 取得方式也很簡單,像是使用 ARM 系列 CPU,就能直接在官網上下載到專屬的 GNU Embedded Toolchain for Arm 來幫你處理這些 cross compile 問題。

如果使用 IDE,我們也可以查看他的 builder 設定,來得知 IDE 是怎樣設定 cross compiler 。以 SW4STM32 為例,打開它 project setting,並點選 C/C++ builder,就會看到相關的 compiler 設置。

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arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m4 -mthumb -mfloat-abi=hard -mfpu=fpv4-sp-d16 -DSTM32 -DSTM32F4 -DSTM32F401RETx -DNUCLEO_F401RE -DDEBUG -O0 -g3 -Wall -fmessage-length=0 -ffunction-sections -c

What is arm-none-eabi- ?

從上面可以發現,同樣是使用 gcc,上面的 gcc 加了 arm-none-eabi- 這個 prefix,那麼 arm-none-eabi- 是什麼呢?簡單來說, cross compiler 有通俗的命名原則。

arch-vendor-(os-)abi

  • arch is for architecture: arm, mips, x86, i686…
  • vendor is tool chain supplier: apple, Codesourcery, Linux, os is for operating system: linux, none (bare metal)
  • abi is for application binary interface convention: eabi(embedded application binary interface), gnueabi, gnueabihf

如此一來,只要看到 cross compiler 的命名方式,很快就可以知道它 compile 出來的檔案適合用在怎樣的平台上。

舉例來說,我的 STM32F4 project 最基本就包含 arm-none-eabi-gccarm-none-eabi-as (for assembly language),讓我可以編寫 C 和 assembly 兩種語言的程式碼。

Config Linker script with cross compiler

通常我們在把 C code file compile 成可以被執行的 binary 執行檔,會經過以下流程,其中很重要的是,我們必須把所需的 object files 透過 Linker 連結在一起,才能 compile 出完整的執行檔。所以在使用 cross compiler 時,也必須告知其 linker file。

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arm-none-eabi-gcc -mcpu=cortex-m4 -mthumb -mfloat-abi=hard -mfpu=fpv4-sp-d16 -T"/my-project/MCU/mcu-example/LinkerScript.ld" -Wl,-Map=output.map -Wl,--gc-sections -lm

imgs

結論

Cross compiler 可以讓我們在開發不同平台的軟體時, compile 出其對應的執行檔案。除了上面例子有提到的 arm-none-eabi-gcc,還有其他像是 arm-none-linux-gnueabi-gcc 這些不同 compiler,如果之後接觸到 Embedded Linux System,就必須換用到適合 Linux 的 cross compiler 了!

Reference

  • https://slideplayer.com/slide/9191896/
  • http://ocw.nctu.edu.tw/course_detail-v.php?bgid=9&gid=0&nid=246&v5=1_MWy4ReHIE

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