Compilant croisé pour les architectures ARM à travers différentes versions telles que ARMV5, ARMV6, ARMV7 et ARMV8 présente une gamme de défis liés à la compatibilité des chaînes d'outils, aux différences d'ensembles d'instructions, aux caractéristiques architecturales et aux variations d'environnement d'exécution. Ces défis doivent être traités avec soin pour s'assurer que les binaires produits fonctionnent correctement et efficacement sur le matériel cible.
Différences architecturales et compatibilité des ensembles d'instructions
Chaque version d'architecture ARM introduit des changements et des améliorations importants sur ses prédécesseurs. ARMV5, ARMV6, ARMV7 et ARMV8 diffèrent dans les ensembles d'instructions qu'ils prennent en charge (par exemple, ARM, Thumb, Thumb-2), les extensions d'instructions disponibles, les modes d'adressage et les fonctionnalités de processeur telles que les unités à virgule flottante et SIMD (NEON).
- ARMV5 prend principalement en charge les ensembles d'instructions de bras et de pouce. Il manque certains des nouveaux ensembles d'instructions et extensions trouvés dans les versions ARM ultérieures comme ARMV7 et ARMV8. Il manque également souvent de support matériel à virgule flottante, en s'appuyant sur une émulation à virgule flottante logicielle ou une VFP de base.
- ARMV6 a introduit des améliorations, notamment des instructions SIMD améliorées et une prise en charge des extensions multimédias spécifiques à l'ARMV6, mais a toujours des limites par rapport à ARMV7.
- ARMV7 a ajouté le jeu d'instructions Thumb-2 et les fonctionnalités SIMD améliorées (néon). Il prend en charge plus largement les points flottants du matériel (VFPV3) et ajoute des améliorations au niveau de l'architecture telles que les extensions de sécurité TrustZone.
- ARMV8 se déplace vers une architecture 64 bits (AARCH64) ainsi que la prise en charge de l'ARMV7 32 bits (AARCH32), introduit de nouveaux ensembles de registres, des extensions de cryptographie et modifie considérablement les hypothèses logicielles au niveau du système. ARMV8 prend également en charge des fonctionnalités de virtualisation plus avancées, un SIMD amélioré et une accélération cryptographique.
Compilant transversal signifie que la chaîne d'outils doit générer des binaires compatibles avec ces caractéristiques architecturales; Sinon, les binaires peuvent échouer à l'exécution ou ne jamais s'exécuter. Les différences dans les ensembles d'instructions impliquent une sélection minutieuse des drapeaux du compilateur et de la prise en charge de l'assembleur pour cibler le sous-ensemble ISA correct pour chaque version ARM.
Changes d'outils et défis du compilateur
Les chaînes d'outils de compilation croisée (GCC, Clang, etc.) doivent être configurées correctement avec des triplés cibles et des drapeaux d'architecture corrects (par exemple, -March = armv7-a, -march = armv8-a). Des défis surviennent dans l'obtention ou la création de chaînes d'outils qui prennent en charge différentes versions des bras parce que:
- Les architectures ARM plus anciennes comme ARMV5 peuvent nécessiter des chaînes d'outils plus anciennes ou personnalisées, car les versions modernes de GCC et Clang se concentrent sur ARMV7 et V8 +. Certaines distributions ou référentiels ne fournissent pas de chaînes d'outils à jour pour ARMV5.
- Construire un compilateur natif pour ARMV5 (compilation d'un compilateur pour fonctionner sur le matériel ARMV5 lui-même) peut être complexe, nécessitant des versions de «croix canadienne» ou en plusieurs étapes. Les composants de la chaîne d'outils comme Binutils et LIBC doivent correspondre à l'architecture cible.
- Les problèmes de liaison peuvent se produire si les bibliothèques (par exemple, C Les bibliothèques standard comme GLIBC, UCLIBC ou MUSL) ne sont pas compilées pour l'architecture de la chaîne d'outils ou l'ABI (interface binaire d'application) ciblée, provoquant des défaillances d'exécution.
- Les chaînes d'outils doivent être conscientes de la disponibilité des unités de points flottantes (FPU) sur les processeurs des bras cibles et sélectionnez le point flottant approprié ABI (-mfloat-Aab = Soft, softFP, dur). L'utilisation de la mauvaise configuration conduit à des plantages d'exécution ou à un comportement à virgule flottante incorrecte.
ABI et compatibilité de la bibliothèque
Les architectures du bras diffèrent souvent dans les conventions ABI, en particulier entre 32 bits et 64 bits (ARMV8). Les considérations importantes comprennent:
- ARMV5, V6 et V7 sont 32 bits et suivent généralement le bras EABI (ABI intégré) ou OABI (Old ABI dans certains cas).
- Le mode Aarch64 64 bits d'ARMV8 utilise une convention ABI et d'appel entièrement différente.
- La compilation croisée doit correspondre à l'ABI et aux bibliothèques correctes pour ces ABI; Par exemple, les liens avec les bibliothèques conçues pour le mauvais ABI ou l'architecture provoque des problèmes de compatibilité.
- La présence ou l'absence de support matériel à virgule flottante affecte s'il faut utiliser des variantes ABI flottantes ou flottantes.
La liaison statique et dynamique doit être cohérente avec les versions de bibliothèque de l'environnement cible et les dispositions de chemin pour éviter les symboles manquants ou les défauts de segmentation au moment de l'exécution.
Système de construction et problèmes de configuration
La configuration des systèmes de construction complexes comme CMake ou AutoTools pour la compilation croisée à ces diverses versions ARM nécessite une configuration minutieuse des fichiers de chaîne d'outils et des variables environnementales. Les défis courants sont:
- Définition du compilateur, de l'assembleur, de l'énigère et des outils corrects dans le système de construction.
- Assurer les chemins de racine et de root système du système pour trouver des fichiers d'en-tête et des bibliothèques pour l'architecture cible.
- Gestion des chemins de code source spécifiques à l'architecture ou du compilateur définit lorsque la base de code prend en charge plusieurs versions ARM.
- Résolution des décalages et des problèmes de chemin qui conduisent à des erreurs de liaison ou d'invocation d'outils incorrectes.
La mauvaise configuration peut entraîner des défaillances de construction silencieuses, des erreurs d'exécution telles que des exceptions d'instructions illégales ou une détection incorrecte de fonctionnalités (par exemple, le support à virgule flottante supposée à tort).
Émulation et tests d'exécution
Tester les binaires compilés sur le matériel réel est idéal mais souvent pas immédiatement possible. L'émulation ou les configurations matérielles en boucle sont fréquemment utilisées mais sont présentées avec des défis:
- Les émulateurs (par exemple, QEMU) peuvent ne pas imiter parfaitement toutes les caractéristiques ou périphériques des processeurs ARMV5-V8, affectant des tests réalistes.
- Les performances et les différences de synchronisation dans l'émulation peuvent obscurcir les problèmes observés uniquement sur le matériel réel.
- Les outils de débogage et la compatibilité des symboles doivent être assurés dans les environnements hôtes et cibles.
Problèmes de compilation croisée spécifiques par version du bras
- armv5:
- Prise en charge limitée de la chaîne d'outils modernes; peut avoir besoin de compilateurs plus anciens ou spécifiquement corrigés.
- Manque de nouvelles optimisations d'ensemble d'instructions.
- Prise en charge du point flottant logiciel nécessaire sur de nombreuses plates-formes matérielles.
- difficultés à créer des bandes d'outils ARMV5 natives ou des constructions à plusieurs étapes complexes.
- armv6:
- Support intermédiaire avec certaines extensions multimédias.
- Support néon et SIMD encore limité.
- doit choisir soigneusement les options du compilateur pour éviter l'utilisation dangereuse d'instructions non soutenues.
- armv7:
- Plus largement pris en charge et ciblée par des chaînes d'outils modernes.
- Des problèmes peuvent survenir avec le jeu d'instructions Thumb-2 et la meilleure utilisation du SIMD Neon pour les performances.
- Les extensions de sécurité (TrustZone) peuvent avoir besoin de prise en charge spécifique du compilateur et de la liaison pour une utilisation complète.
- Les décalages ABI à virgule flottante sont des pièges communs.
- armv8:
- La transition vers le mode 64 bits crée des différences ABI et du noyau.
- Peut nécessiter des chaînes d'outils distinctes pour les versions AARCH32 vs Aarch64, même sur le même matériel.
- Caractéristiques CPU plus avancées (crypto, virtualisation) nécessitant des indicateurs de compilateur explicites.
- Les grands logiciels croisés comme le moteur V8 peuvent suspendre ou échouer en raison de l'incompatibilités de liens ou de bibliothèque subtiles.
- nécessite une liaison minutieuse avec les bibliothèques standard correctes et l'exécution (par exemple, LIBC ++) pour éviter que l'initialisation soit suspendue.
Résumé des défis
La compilation croisée à ARMV5, V6, V7 et V8 fait face à de nombreux défis, notamment la disponibilité et la compatibilité des charges à outils, les différences d'instructions architecturales nécessitant des indicateurs de compilateur ciblés, variant ABI et conventions de point de construction complexes, les configurations du système de construction complexes et les difficultés de tests d'exécution sur le matériel ou les émulateurs. En garantissant des versions de compilateur à plusieurs étapes correctes pour le matériel ARMV5 plus ancien, en choisissant des ensembles ABI et des instructions à virgule flottante corrects, pour naviguer dans les complexités de transition 64 bits dans ARMV8, chaque version ARM présente des obstacles techniques spécifiques à une compilation croisée réussie.
Ces défis nécessitent une expertise approfondie dans les détails de l'architecture des bras, la configuration de la chaîne d'outils et les méthodologies de test pour produire des binaires fiables et performants dans ce spectre de version ARM.