يعرض التجميع المتبادل لبنية ARM عبر إصدارات مختلفة مثل ARMV5 و ARMV6 و ARMV7 و ARMV8 مجموعة من التحديات المتعلقة بتوافق أدوات الأدوات ، واختلافات مجموعة التعليمات ، والميزات المعمارية ، وتغيرات بيئة وقت التشغيل. يجب معالجة هذه التحديات بعناية لضمان تشغيل الثنائيات بشكل صحيح وكفاءة على الأجهزة المستهدفة.
الاختلافات المعمارية وتوافق مجموعة التعليمات
يقدم كل نسخة بنية ذراع تغييرات كبيرة وتحسينات على أسلافها. تختلف ARMV5 و ARMV6 و ARMV7 و ARMV8 في مجموعات التعليمات التي يدعمونها (على سبيل المثال ، ARM ، Thumb ، Thumb-2) ، ملحقات التعليمات المتاحة ، أوضاع معالجة ، وميزات المعالج مثل وحدات النقطة العائمة و SIMD (NEON).
- ARMV5 يدعم أساسا مجموعات تعليمات الذراع والإبهام. إنه يفتقر إلى بعض مجموعات التعليمات الأحدث والملحقات الموجودة في إصدارات ARM لاحقًا مثل ARMV7 و ARMV8. غالبًا ما يفتقر إلى دعم الأدوات العائمة ، والاعتماد على محاكاة نقطة العائمة أو VFP الأساسي.
- قدمت ARMV6 تحسينات بما في ذلك تعليمات SIMD المعززة ودعم ملحقات الوسائط المتعددة الخاصة بـ ARMV6 ولكن لا تزال لديها قيود مقارنة بـ ARMV7.
- أضاف ARMV7 مجموعة تعليمات Thumb-2 وميزات SIMD المحسنة (NEON). وهو يدعم نقطة عائمة الأجهزة على نطاق أوسع (VFPV3) ويضيف تحسينات على مستوى الهندسة المعمارية مثل ملحقات أمان Trustzone.
-ينتقل ARMV8 إلى بنية 64 بت (AARCH64) إلى جانب الحفاظ على دعم ARMV7 32 بت (AARCH32) ، يقدم مجموعات تسجيل جديدة ، ملحقات التشفير ، وتغييرات كبيرة على مستوى النظام. يدعم ARMV8 أيضًا ميزات المحاكاة الافتراضية الأكثر تقدماً ، وتحسين SIMD ، وتسارع التشفير.
التعداد المتقاطع يعني أن مخطط الأدوات يجب أن يولد الثنائيات المتوافقة مع هذه الميزات المعمارية ؛ خلاف ذلك ، قد تفشل الثنائيات في وقت التشغيل أو لا تنفذ أبدًا. تدل الاختلافات في مجموعات التعليمات على اختيار دقيق لأعلام البرمجيات ودعم المجمع لاستهداف المجموعة الفرعية ISA الصحيحة لكل إصدار ذراع.
تحديات الأدوات والمترجم
يجب تكوين أدوات أدوات التجميع (GCC ، Clang ، إلخ) بشكل صحيح مع ثلاثة توائم مستهدفة وعلامات الهندسة المعمارية (على سبيل المثال ، -March = ARMV7-A ، -March = ARMV8-A). تنشأ التحديات في الحصول على أو بناء سلاسل الأدوات التي تدعم إصدارات ARM مختلفة لأن:
- قد تتطلب بنية ARM ARM الأقدم مثل ARMV5 أدوات أدوات متخصصة أو مخصصة ، حيث تركز الإصدارات الحديثة من GCC و Clang على ARMV7 و V8+. لا توفر بعض التوزيعات أو المستودعات مصنوعات أدوات محدثة لـ ARMV5.
- يمكن أن يكون بناء مترجم أصلي لـ ARMV5 (تجميع برنامج التحويل البرمجي للتشغيل على أجهزة ARMV5 نفسه) معقدًا ، ويتطلب "صليب كندي" أو بنيات متعددة المراحل. يجب أن تتطابق مكونات الأدوات مثل BinuTils و LIBC مع الهندسة المعمارية المستهدفة.
- قد تحدث مشكلات الارتباط إذا لم يتم تجميع المكتبات (على سبيل المثال ، المكتبات القياسية مثل GLIBC أو UCLIBC أو MUSL) لعمارة أدوات أدوات أو ABI (الواجهة الثنائية للتطبيق) المستهدفة ، مما يسبب فشل وقت التشغيل.
-يجب أن تكون سلاسل الأدوات على دراية بتوافر وحدات النقطة العائمة (FPU) على وحدات المعالجة المركزية للذراع المستهدفة وتحديد النقطة العائمة المناسبة ABI (-mfloat-abi = soft ، softfp ، hard). يؤدي استخدام التكوين الخاطئ إلى تعطل وقت التشغيل أو سلوك نقطة العائمة غير الصحيح.
ABI وتوافق المكتبة
غالبًا ما تختلف بنية ARM في اتفاقيات ABI ، خاصة بين 32 بت و 64 بت (ARMV8). تشمل الاعتبارات المهمة:
- ARMV5 و V6 و V7 هي 32 بت وعادة ما تتبع ذراع Eabi (ABI المدمجة) أو OABI (ABI القديمة في بعض الحالات).
- يستخدم وضع AARCH64 من ARMV8 64 بت مؤتمر ABI مختلف تمامًا واتفاقية الاتصال.
- يجب أن يتطابق التعاون عبر ABI والمكتبات الصحيحة لهذه ABIs ؛ على سبيل المثال ، يؤدي الارتباط مع المكتبات المصممة لصالح ABI أو الهندسة المعمارية الخطأ إلى مشاكل التوافق.
-يؤثر وجود أو عدم وجود دعم للأجهزة العائمة على ما إذا كان يجب استخدام متغيرات ABI العائمة أو العائمة.
يجب أن يكون الارتباط الثابت والديناميكي متسقًا مع إصدارات مكتبة البيئة المستهدفة وتخطيطات المسار لتجنب الرموز المفقودة أو أخطاء التجزئة في وقت التشغيل.
بناء مشكلات النظام ومشكلات التكوين
يتطلب تكوين أنظمة البناء المعقدة مثل CMake أو Autotools من أجل التغلب المتبادل إلى هذه الإصدارات المتنوعة ARM إعدادًا دقيقًا لملفات أدوات ومتغيرات البيئة. التحديات الشائعة هي:
- تعيين المترجم الصحيح ، المجمع ، الرابط ، والأدوات في نظام الإنشاء.
- ضمان مسارات جذر النظام المناسبة و sysroot للعثور على ملفات رأس ومكتبات للهندسة المعمارية المستهدفة.
- تحدد إدارة مسارات الكود المصدري الخاص بالهندسة المعمارية أو برنامج التحويل البرمجي عندما تدعم قاعدة الشفرة إصدارات ARM متعددة.
- حل عدم التطابق وقضايا المسار التي تؤدي إلى أخطاء ربط غير صحيحة أو أدوات الاحتجاج.
يمكن أن يؤدي التكوين الخاطئ إلى إخفاقات في البناء الصامتة ، أو أخطاء وقت التشغيل مثل استثناءات التعليمات غير القانونية ، أو اكتشاف الميزات غير الصحيح (على سبيل المثال ، دعم النقطة العائمة المفترضة بشكل خاطئ).
المحاكاة واختبار وقت التشغيل
يعد اختبار الثنائيات المتقاطعة على الأجهزة الحقيقية مثالية ولكن في كثير من الأحيان غير ممكن على الفور. غالبًا ما تستخدم إعدادات المحاكاة أو الأجهزة في الحلقة ولكنها تأتي مع تحديات:
- قد لا تحاكي المحاكيات (على سبيل المثال ، QEMU) تمامًا جميع الميزات أو الأجهزة الطرفية لـ ARMV5-V8 CPU ، مما يؤثر على الاختبار الواقعي.
- قد تحجب الاختلافات في الأداء والتوقيت في المحاكاة المشكلات التي شوهدت فقط على الأجهزة الحقيقية.
- يجب ضمان توافق أدوات التصحيح والرموز عبر البيئات المضيفة والهدف.
مشكلات محددة من الإجازة لكل نسخة ذراع
- ARMV5:
- دعم الأدوات الحديثة المحدودة ؛ قد تحتاج إلى المترجمين الأكبر سنا أو على وجه التحديد.
- عدم وجود تحسينات تعليمات أحدث.
- دعم البرمجيات العائمة النقطة اللازمة على العديد من منصات الأجهزة.
- الصعوبات في بناء سلاسل أدوات ARMV5 الأصلية أو بنيات متعددة المراحل المعقدة.
- ARMV6:
- دعم وسيطة مع بعض ملحقات الوسائط المتعددة.
- لا يزال محدودًا دعم النيون و SIMD.
- يجب اختيار خيارات التحويل البرمجي بعناية لتجنب استخدام غير آمن للتعليمات غير المدعومة.
- ARMV7:
- مدعوم واستهداف على نطاق أوسع على نطاق واسع.
- قد تنشأ المشكلات مع مجموعة تعليم Thumb-2 وأفضل استخدام Neon Simd للأداء.
- قد تحتاج ملحقات الأمان (TrustZone) إلى دعم محدد ودعم رابط للاستخدام الكامل.
- عائم عدم تطابق ABI هي مخيطات شائعة.
- ARMV8:
- الانتقال إلى وضع 64 بت يخلق اختلافات ABI و kernel.
- قد تتطلب تصميمات أدوات منفصلة لبناء AARCH32 VS AARCH64 ، حتى على نفس الأجهزة.
- ميزات وحدة المعالجة المركزية الأكثر تقدماً (التشفير ، المحاكاة الافتراضية) تحتاج إلى أعلام مترجم صريحة.
- يمكن للبرامج الكبيرة المتقاطعة مثل محرك V8 تعليق أو تفشل بسبب عدم توافق الرابط أو المكتبة الدقيقة.
- يتطلب الارتباط الدقيق مع المكتبات القياسية الصحيحة ووقت التشغيل (على سبيل المثال ، libc ++) لتجنب تعليق التهيئة.
ملخص التحديات
يواجه التثبيت المتبادل لـ ARMV5 و V6 و V7 و V8 العديد من التحديات بما في ذلك توافر أدوات وتوافق الأدوات ، واختلافات مجموعة التعليمات المعمارية التي تتطلب أعلام المترجمة المستهدفة ، ومتنوعة ABI واتفاقيات النقطة العائمة ، وتكوينات نظام البناء المعقدة ، وصعوبات اختبار وقت التشغيل على الأجهزة أو الطقوس. من ضمان إنشاء برنامج التحويل البرمجي متعدد المراحل الصحيح لأجهزة ARMV5 الأقدم ، واختيار ABI النقطة العائمة الصحيحة ومجموعات التعليمات ، إلى التنقل في تعقيدات الانتقال 64 بت في ARMV8 ، تقدم كل نسخة ذراع عقبات تقنية محددة إلى الإلغاء الناجح.
تستلزم هذه التحديات خبرة واسعة في تفاصيل بنية ARM ، وتكوين أدوات الأدوات ، ومنهجيات الاختبار لإنتاج ثنائيات موثوقة وأداء عبر طيف الإصدار الذراع هذا.