Η διασταύρωση για τις αρχιτεκτονικές ARM σε διάφορες εκδόσεις όπως το ARMV5, το ARMV6, το ARMV7 και το ARMV8 παρουσιάζουν μια σειρά προκλήσεων που σχετίζονται με τη συμβατότητα εργαλείων, τις διαφορές διδασκαλίας, τα αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά και τις διακυμάνσεις του περιβάλλοντος χρόνου εκτέλεσης. Αυτές οι προκλήσεις πρέπει να αντιμετωπιστούν προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι τα δυαδικά αρχεία που παράγονται σωστά και αποτελεσματικά στο υλικό στόχου.
Αρχιτεκτονικές διαφορές και συμβατότητα σετ διδασκαλίας
Κάθε έκδοση αρχιτεκτονικής ARM εισάγει σημαντικές αλλαγές και βελτιώσεις στους προκατόχους της. Οι ARMV5, ARMV6, ARMV7 και ARMV8 διαφέρουν στα σύνολα οδηγιών που υποστηρίζουν (π.χ. ARM, αντίχειρα, αντίχειρα-2), διαθέσιμες επεκτάσεις οδηγιών, τρόποι αντιμετώπισης και χαρακτηριστικά επεξεργαστών όπως μονάδες κυμαινόμενου σημείου και SIMD (NEON).
- Το ARMV5 υποστηρίζει κυρίως τα σύνολα οδηγιών βραχίονα και αντίχειρα. Δεν διαθέτει μερικά από τα νεότερα σύνολα οδηγιών και επεκτάσεις που βρίσκονται σε μεταγενέστερες εκδόσεις ARM όπως το ARMV7 και το ARMV8. Συχνά συχνά στερείται υποστήριξης κυμαινόμενου σημείου υλικού, βασιζόμενη στην εξομοίωση κυμαινόμενου σημείου λογισμικού ή στο βασικό VFP.
- Το ARMV6 εισήγαγε βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένων των ενισχυμένων οδηγιών SIMD και υποστήριξης για τις επεκτάσεις πολυμέσων ARMV6, αλλά εξακολουθεί να έχει περιορισμούς σε σύγκριση με το ARMV7.
- Το ARMV7 πρόσθεσε το σύνολο οδηγιών αντίχειρα-2 και βελτιωμένες λειτουργίες SIMD (NEON). Υποστηρίζει ευρύτερο σημείο κυμαινόμενου υλικού (VFPV3) και προσθέτει βελτιώσεις σε επίπεδο αρχιτεκτονικής, όπως επεκτάσεις ασφαλείας TrustZone.
-Το ARMV8 μετακινείται σε μια αρχιτεκτονική 64-bit (AARCH64) παράλληλα με τη διατήρηση της υποστήριξης για το ARMV7 32-bit (AARCH32), εισάγει νέα σύνολα μητρώου, επεκτάσεις κρυπτογραφίας και μεταβάλλει σημαντικά τις υποθέσεις λογισμικού σε επίπεδο συστήματος. Το ARMV8 υποστηρίζει επίσης πιο προηγμένα χαρακτηριστικά εικονικοποίησης, βελτιωμένη SIMD και κρυπτογραφική επιτάχυνση.
Η διασταυρούμενη συμπύκνωση σημαίνει ότι η εργαλειοθήκη πρέπει να δημιουργεί δυαδικά αρχεία συμβατά με αυτά τα αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά. Διαφορετικά, τα δυαδικά αρχεία ενδέχεται να αποτύχουν κατά το χρόνο εκτέλεσης ή ποτέ να εκτελούνται. Οι διαφορές στα σύνολα διδασκαλίας συνεπάγονται προσεκτική επιλογή των σημαιών μεταγλωττιστή και της υποστήριξης του Assembler για να στοχεύσουν το σωστό υποσύνολο ISA για κάθε έκδοση ARM.
Προκλήσεις εργαλείων και μεταγλωττιστή
Τα εργαλεία διασταύρωσης (GCC, clang κ.λπ.) πρέπει να διαμορφώνονται σωστά με σωστές τριάδες στόχου και σημαίες αρχιτεκτονικής (π.χ. -March = Armv7-A, -March = Armv8-A). Προκύπτουν προκλήσεις κατά την απόκτηση ή την οικοδόμηση εργαλείων που υποστηρίζουν ποικίλες εκδόσεις ARM επειδή:
- Οι παλαιότερες αρχιτεκτονικές βραχίονα όπως το ARMV5 μπορεί να απαιτούν εξειδικευμένες παλαιότερες ή προσαρμοσμένες εργαλειοειδή, καθώς οι σύγχρονες εκδόσεις του GCC και του Clang επικεντρώνονται στα ARMV7 και V8+. Ορισμένες κατανομές ή αποθετήρια δεν παρέχουν ενημερωμένες εργαλίες για το ARMV5.
- Η οικοδόμηση ενός εγγενούς μεταγλωττιστή για το ARMV5 (η σύνταξη ενός μεταγλωττιστή για να τρέξει το ίδιο το υλικό ARMV5) μπορεί να είναι πολύπλοκη, απαιτώντας "καναδικές σταυροειδείς" ή κατασκευές πολλαπλών σταδίων. Τα εξαρτήματα εργαλείων όπως τα Binutils και LIBC πρέπει να ταιριάζουν με την αρχιτεκτονική -στόχο.
- Η σύνδεση των ζητημάτων ενδέχεται να προκύψει εάν οι βιβλιοθήκες (π.χ., οι τυποποιημένες βιβλιοθήκες όπως το GLIBC, το UCLIBC ή το MUSL) δεν καταρτίζονται για την αρχιτεκτονική εργαλείων ή τη στοχοθετημένη ABI (Δυτική διεπαφή εφαρμογής), προκαλώντας αποτυχίες χρόνου εκτέλεσης.
-Τα εργαλεία πρέπει να γνωρίζουν τη διαθεσιμότητα των μονάδων κυμαινόμενου σημείου (FPU) σε CPU-ARM-ARM και να επιλέξουν το κατάλληλο κυμαινόμενο σημείο ABI ( Η χρήση λανθασμένης διαμόρφωσης οδηγεί σε συντριβές χρόνου εκτέλεσης ή λανθασμένη συμπεριφορά κυμαινόμενου σημείου.
ABI και συμβατότητα βιβλιοθήκης
Οι αρχιτεκτονικές ARM διαφέρουν συχνά σε συμβάσεις ABI, ειδικά μεταξύ 32-bit και 64-bit (ARMV8). Σημαντικές εκτιμήσεις περιλαμβάνουν:
- Οι ARMV5, V6 και V7 είναι 32-bit και συνήθως ακολουθούν το ARM EABI (ενσωματωμένο ABI) ή OABI (Old Abi σε ορισμένες περιπτώσεις).
- Η λειτουργία AARCH64 του ARMV8 χρησιμοποιεί μια εντελώς διαφορετική ABI και καλώντας σύμβαση.
- Η διασταύρωση πρέπει να ταιριάζει με το σωστό ABI και τις βιβλιοθήκες για αυτά τα ABIS. Για παράδειγμα, η σύνδεση με τις βιβλιοθήκες που έχουν κατασκευαστεί για λάθος ABI ή αρχιτεκτονική προκαλεί προβλήματα συμβατότητας.
-Η παρουσία ή η απουσία υποστήριξης κυμαινόμενου σημείου υλικού επηρεάζει το αν θα χρησιμοποιηθούν μαλακές ή σκληρές παραλλαγές ABI.
Η στατική και δυναμική σύνδεση πρέπει να είναι σύμφωνη με τις εκδόσεις της βιβλιοθήκης του περιβάλλοντος στόχου και τις διαδρομές διαδρομής για να αποφευχθούν τα ελλείποντα σύμβολα ή τα σφάλματα κατάτμησης κατά το χρόνο εκτέλεσης.
Δημιουργία προβλημάτων συστήματος και διαμόρφωσης
Η διαμόρφωση σύνθετων συστημάτων κατασκευής όπως το CMake ή το Autotools για διασταυρούμενη συσχέτιση σε αυτές τις διαφορετικές εκδόσεις ARM απαιτεί προσεκτική ρύθμιση αρχείων εργαλείων και περιβαλλοντικών μεταβλητών. Οι κοινές προκλήσεις είναι:
- Ρύθμιση του σωστού μεταγλωττιστή, συναρμολογητή, συνδετήρα και εργαλεία στο σύστημα δημιουργίας.
- Εξασφάλιση των σωστών διαδρομών ρίζας και sysroot για να βρείτε αρχεία κεφαλίδας και βιβλιοθήκες για την αρχιτεκτονική -στόχο.
- Διαχείριση αρχιτεκτονικών πηγαίων διαδρομών ή μεταγλωττιστή αρχιτεκτονικής ή ο μεταγλωττιστής καθορίζει όταν το codebase υποστηρίζει πολλαπλές εκδόσεις ARM.
- Επίλυση των αναντιστοιχιών και των προβλημάτων διαδρομής που οδηγούν σε λανθασμένη σύνδεση ή σφάλματα επίκλησης εργαλείων.
Η εσφαλμένη διαμόρφωση μπορεί να οδηγήσει σε αθόρυβες αποτυχίες κατασκευής, σφάλματα χρόνου εκτέλεσης, όπως εξαιρέσεις παράνομης διδασκαλίας ή λανθασμένη ανίχνευση χαρακτηριστικών (π.χ. υποστήριξη με πλωτή σημεία που υποτίθεται ότι υποτίθεται ότι).
Εξομοίωση και δοκιμή χρόνου εκτέλεσης
Η δοκιμή των διασταυρωμένων δυαδικών αρχείων σε πραγματικό υλικό είναι ιδανική, αλλά συχνά δεν είναι άμεσα δυνατή. Η εξομοίωση ή οι ρυθμίσεις υλικού σε βρόχο χρησιμοποιούνται συχνά αλλά έρχονται με προκλήσεις:
- Οι εξομοιωτές (π.χ. QEMU) μπορεί να μην μιμούνται τέλεια όλα τα χαρακτηριστικά ή τα περιφερειακά CPU ARMV5-V8, επηρεάζοντας τις ρεαλιστικές δοκιμές.
- Οι διαφορές απόδοσης και χρονισμού στην εξομοίωση ενδέχεται να αποκρύπτουν ζητήματα μόνο σε πραγματικό υλικό.
- Τα εργαλεία εντοπισμού σφαλμάτων και η συμβατότητα των συμβόλων πρέπει να εξασφαλίζονται σε περιβάλλοντα υποδοχής και στόχου.
Ειδικά ζητήματα διασταύρωσης ανά έκδοση ARM
- Armv5:
- Περιορισμένη σύγχρονη υποστήριξη εργαλείων. Μπορεί να χρειαστούν παλαιότερους ή ειδικά επιδιορθωμένους μεταγλωττιστές.
- Έλλειψη νεότερων βελτιστοποιήσεων καθορισμού διδασκαλίας.
- Υποστήριξη κυμαινόμενου σημείου λογισμικού που απαιτείται σε πολλές πλατφόρμες υλικού.
- δυσκολίες στην κατασκευή εγγενών εργαλείων ARMV5 ή σε πολύπλοκες κατασκευές πολλαπλών σταδίων.
- Armv6:
- Ενδιάμεση υποστήριξη με ορισμένες επεκτάσεις πολυμέσων.
- ακόμα περιορισμένη υποστήριξη νέον και SIMD.
- Πρέπει να επιλέξετε προσεκτικά τις επιλογές μεταγλωττιστή για να αποφύγετε την ανασφαλής χρήση μη υποστηριζόμενων οδηγιών.
- Armv7:
- Υποστηρίζονται ευρύτερα και στοχευμένα από σύγχρονα εργαλεία.
- Τα ζητήματα ενδέχεται να προκύψουν με το σύνολο οδηγιών Thumb-2 και τη βέλτιστη χρήση του NEON SIMD για την απόδοση.
- Οι επεκτάσεις ασφαλείας (TrustZone) ενδέχεται να χρειαστούν συγκεκριμένο μεταγλωττιστή και υποστήριξη συνδέσμου για πλήρη αξιοποίηση.
- Οι αναντιστοιχίες ABI κυμαινόμενου σημείου είναι κοινές παγίδες.
- Armv8:
- Η μετάβαση σε λειτουργία 64-bit δημιουργεί διαφορές ABI και πυρήνα.
- Μπορεί να απαιτεί ξεχωριστά εργαλεία για τις κατασκευές AARCH32 VS AARCH64, ακόμη και στο ίδιο υλικό.
- πιο προηγμένες λειτουργίες CPU (κρυπτογράφηση, εικονικοποίηση) που χρειάζονται σαφείς σημαίες μεταγλωττιστή.
- Cross-complising Μεγάλο λογισμικό όπως ο κινητήρας V8 μπορεί να κρεμάσει ή να αποτύχει λόγω λεπτών ασυμβατότητας συνδέσμου ή βιβλιοθήκης.
- Απαιτεί προσεκτική σύνδεση με τις σωστές τυποποιημένες βιβλιοθήκες και το χρόνο εκτέλεσης (π.χ. LIBC ++) για να αποφευχθεί η αρχικοποίηση.
Περίληψη των προκλήσεων
Η διασταυρούμενη συσχέτιση με τα ARMV5, V6, V7 και V8 αντιμετωπίζει πολυάριθμες προκλήσεις, συμπεριλαμβανομένης της διαθεσιμότητας εργαλείων και της συμβατότητας, των αρχιτεκτονικών διδασκαλίας που καθορίζουν τις διαφορές που απαιτούν στοχοθετημένες σημαίες μεταγλωττιστή, ποικίλες συμβάσεις ABI και κυμαινόμενου σημείου, πολύπλοκες διαμορφώσεις συστήματος κατασκευής και δυσκολίες δοκιμής χρόνου εκτέλεσης σε υλικό ή emulators. Από τη διασφάλιση του σωστού μεταγλωττιστή πολλαπλών σταδίων που δημιουργεί για παλαιότερο υλικό ARMV5, επιλέγοντας σωστή ABI και σύνολα οδηγιών, για την πλοήγηση στις πολυπλοκότητες μετάβασης 64 bit στο ARMV8, κάθε έκδοση ARM παρουσιάζει συγκεκριμένα τεχνικά εμπόδια σε επιτυχή διασταυρούμενη συσχέτιση.
Αυτές οι προκλήσεις απαιτούν εκτεταμένη εμπειρογνωμοσύνη στις λεπτομέρειες της αρχιτεκτονικής ARM, τη διαμόρφωση εργαλείων και τις μεθοδολογίες δοκιμών για την παραγωγή αξιόπιστων, επιδόσεων δυαδικών αρχείων σε αυτό το φάσμα εκδοχής ARM.