Compilazione incrociata per architetture ARM in diverse versioni come ARMV5, ARMV6, ARMV7 e ARMV8 presenta una serie di sfide relative alla compatibilità della toolchain, alle differenze di istruzioni, alle caratteristiche architettoniche e alle variazioni di ambiente di runtime. Queste sfide devono essere affrontate attentamente per garantire che i binari prodotti funzionino correttamente ed efficiente sull'hardware target.
differenze architettoniche e compatibilità del set di istruzioni
Ogni versione dell'architettura ARM introduce cambiamenti e miglioramenti significativi rispetto ai suoi predecessori. ARMV5, ARMV6, ARMV7 e ARMV8 differiscono nei set di istruzioni che supportano (ad es. ARM, Thumb, Thumb-2), estensioni di istruzioni disponibili, modalità di indirizzamento e funzionalità del processore come unità a punta mobile e SIMD (neon).
- ARMV5 supporta principalmente i set di istruzioni per il braccio e il pollice. Manca alcuni dei nuovi set di istruzioni ed estensioni che si trovano nelle versioni successive al braccio come ARMV7 e ARMV8. Spesso manca anche di supporto a punta mobile hardware, basandosi sull'emulazione del punto mobile del software o sul VFP di base.
- ARMV6 ha introdotto miglioramenti tra cui istruzioni SIMD migliorate e supporto per le estensioni multimediali specifiche per ARMV6 ma ha ancora limitazioni rispetto a ARMV7.
- ARMV7 ha aggiunto il set di istruzioni per il pollice-2 e le funzionalità SIMD migliorate (neon). Supporta il punto mobile hardware in modo più ampio (VFPV3) e aggiunge miglioramenti a livello di architettura come le estensioni di sicurezza di TrustZone.
-ARMV8 si sposta su un'architettura a 64 bit (Aarch64) insieme al mantenimento del supporto per ARMV7 a 32 bit (Aarch32), introduce nuovi set di registri, estensioni di crittografia e cambia in modo significativo ipotesi software a livello di sistema. ARMV8 supporta anche funzionalità di virtualizzazione più avanzate, SIMD migliorato e accelerazione crittografica.
Cross-compling significa che la toolchain deve generare binari compatibili con queste caratteristiche architettoniche; Altrimenti, i binari potrebbero fallire in fase di esecuzione o non eseguire mai. Le differenze nelle istruzioni impongono un'attenta selezione dei flag del compilatore e del supporto dell'assemblatore per colpire il sottoinsieme ISA corretto per ciascuna versione del braccio.
toolchain e sfide del compilatore
Le toolchains incrociate (GCC, Clang, ecc.) Devono essere configurate correttamente con triplette target corrette e flag di architettura (ad esempio,-march = armv7-a, -march = armv8-a). Le sfide sorgono nell'ottenimento o nella costruzione di toolchain che supportano le diverse versioni del braccio perché:
- Architetture ARM più vecchie come ARMV5 possono richiedere toolchain più vecchie o personalizzate, poiché le versioni moderne di GCC e Clang si concentrano su ARMV7 e V8+. Alcune distribuzioni o repository non forniscono toolchain aggiornate per ARMV5.
- Costruire un compilatore nativo per ARMV5 (compilare un compilatore da eseguire su hardware ARMV5 stesso) può essere complesso, che richiede build "croce canadese" o multi-stage. I componenti toolchain come Binutils e LIBC devono corrispondere all'architettura target.
- Possono verificarsi problemi di collegamento se le librerie (ad es. C, librerie standard come GLIBC, UCLIBC o MUSL) non sono compilate per l'architettura Toolchain o l'ABI (interfaccia binaria dell'applicazione) mirate, causando guasti di runtime.
-Le toolchain devono essere a conoscenza delle unità di punta mobile (FPU) sulla disponibilità di CPU del braccio target e selezionare il punto mobile appropriato ABI (-mfloat-abi = soft, softfp, duro). L'uso della configurazione errata porta a crash di runtime o comportamento a virgola mobile errato.
ABI e compatibilità della biblioteca
Le architetture del braccio spesso differiscono nelle convenzioni ABI, in particolare tra 32 bit e 64 bit (ARMV8). Considerazioni importanti includono:
- ARMV5, V6 e V7 sono a 32 bit e di solito seguono il braccio EABI (ABI incorporato) o Oabi (Old Abi in alcuni casi).
- La modalità Aarch64 a 64 bit di ARMV8 utilizza una convenzione ABI e chiamante completamente diversa.
- La compilazione incrociata deve abbinare l'ABI e le biblioteche corrette per questi ABI; Ad esempio, il collegamento contro le librerie costruite per l'ABI o l'architettura sbagliata causa problemi di compatibilità.
-La presenza o l'assenza di supporto a punta mobile hardware influisce sull'uso delle varianti ABI fluttuanti o che fluttuano.
Il collegamento statico e dinamico deve essere coerente con le versioni della libreria dell'ambiente target e i layout del percorso per evitare simboli mancanti o guasti di segmentazione in fase di esecuzione.
build system e problemi di configurazione
La configurazione di sistemi di build complessi come CMAKE o AutoTools per la compilazione incrociata a queste diverse versioni del braccio richiede un'attenta configurazione di file di toolchain e variabili ambientali. Le sfide comuni sono:
- Impostazione del compilatore, dell'assemblatore, del linker e degli strumenti corretti nel sistema di build.
- Garantire i percorsi di root e sysroot del sistema adeguati per trovare file di intestazione e librerie per l'architettura target.
- Gestione dei percorsi di codice sorgente specifici dell'architettura o del compilatore definisce quando la base di codice supporta più versioni ARM.
- Risoluzione di disallineamenti e problemi di percorso che portano a errori di invocazione di collegamento o strumenti errati.
La configurazione errata può portare a fallimenti di costruzione silenziosi, errori di runtime come eccezioni di istruzione illegale o rilevamento errati delle caratteristiche (ad esempio, il supporto a virgola mobile ha erroneamente assunto).
Emulazione e test di runtime
Testare i binari incrociati su hardware reale è l'ideale ma spesso non immediatamente possibile. Le configurazioni di emulazione o hardware in loop sono spesso utilizzate ma sono dotate di sfide:
- Gli emulatori (ad es. QEMU) potrebbero non emulare perfettamente tutte le caratteristiche o le periferiche delle CPU ARMV5-V8, influenzando i test realistici.
- Le differenze di prestazioni e tempistiche nell'emulazione possono oscurare i problemi osservati solo su hardware reale.
- La compatibilità di debug di strumenti e simboli deve essere garantita negli ambienti host e target.
Problemi specifici di compilazione incrociata per versione ARM
- armv5:
- supporto limitato moderno toolchain; Potrebbe aver bisogno di compilatori più vecchi o specifici.
- Mancanza di nuove ottimizzazioni di istruzioni.
- Supporto a virgola mobile del software necessario su molte piattaforme hardware.
- Difficoltà a costruire toolchain ARMV5 native o costruzioni complesse a più stadi.
- armv6:
- Supporto intermedio con alcune estensioni multimediali.
- Supporto NEON e SIMD ancora limitato.
- Deve scegliere attentamente le opzioni del compilatore per evitare l'uso non sicuro di istruzioni non supportate.
- armv7:
- Più ampiamente supportato e mirato dalle moderne toolchain.
- Possono sorgere problemi con il set di istruzioni per il pollice-2 e il miglior utilizzo del neon SIMD per le prestazioni.
- Le estensioni di sicurezza (TrustZone) potrebbero aver bisogno di un supporto specifico di compilatore e linker per il pieno utilizzo.
- I disallineamenti ABI a punto galleggiante sono insidie comuni.
- ARMV8:
- La transizione alla modalità a 64 bit crea differenze di ABI e del kernel.
- Può richiedere toolchain separate per build Aarch32 vs Aarch64, anche sullo stesso hardware.
- Caratteristiche della CPU più avanzate (cripto, virtualizzazione) che necessitano di flag di compilatore espliciti.
- Software di grandi dimensioni incrociato come il motore V8 può appendere o non a causa di sottili incompatibilità di linker o libreria.
- Richiede un'attenta collegamento contro le librerie standard corrette e il runtime (ad es. Libc ++) per evitare le sospensioni dell'inizializzazione.
Riepilogo delle sfide
La compilazione incrociata su ARMV5, V6, V7 e V8 affronta numerose sfide tra cui la disponibilità e la compatibilità della toolchain, le differenze di istruzioni architettoniche che richiedono flag di compilatore mirato, variazioni di ABI e floint point, configurazioni complesse del sistema di build e le difficoltà del test di runtime su hardware o emulatori. Dal garantire le build del compilatore multi-stage corrette per hardware ARMV5 più vecchio, scegliendo ABI e istruzioni corretti a punta mobile, alla navigazione delle complessità di transizione a 64 bit in ARMV8, ogni versione del braccio presenta specifici ostacoli tecnici a una riuscita con successo.
Queste sfide richiedono una vasta competenza nei dettagli dell'architettura ARM, nella configurazione della toolchain e nelle metodologie di test per produrre binari affidabili e performanti su questo spettro della versione ARM.