ARMV5、V6、V7、およびV8のクロスコンパイルの際の具体的な課題は何ですか

###アーキテクチャの違いと命令セットの互換性

各アームアーキテクチャバージョンは、前任者に対する大幅な変更と拡張機能を紹介します。 ARMV5、ARMV6、ARMV7、およびARMV8は、サポートする命令セット(ARM、親指、親指2など)、利用可能な命令拡張、アドレス指定モード、フローティングポイントユニットやSIMD(NEON)などのプロセッサ機能が異なります。

-ARMV5は、主にARMおよび親指命令セットをサポートします。 ARMV7やARMV8などの後のARMバージョンにある新しい命令セットと拡張機能の一部がありません。また、多くの場合、ソフトウェアの浮動小数点エミュレーションまたは基本VFPに依存して、ハードウェアフローティングポイントサポートがありません。

-ARMV6は、ARMV6固有のマルチメディア拡張機能の強化されたSIMD命令とサポートを含む改善を導入しましたが、ARMV7と比較して制限があります。

-ARMV7は、Thumb-2命令セットを追加し、SIMD機能(Neon)を改善しました。ハードウェアフローティングポイントをより広くサポートし(VFPV3)、TrustZoneセキュリティ拡張などのアーキテクチャレベルの拡張機能を追加します。

-ARMV8は、ARMV7 32ビット(AARCH32)のサポートを維持することとともに、64ビットアーキテクチャ(AARCH64)に移動し、新しいレジスタセット、暗号拡張機能を導入し、システムレベルのソフトウェアの仮定を大幅に変更します。 ARMV8は、より高度な仮想化機能、改善されたSIMD、および暗号化加速もサポートしています。

クロスコンパイルとは、ツールチェーンがこれらのアーキテクチャ機能と互換性のあるバイナリを生成する必要があることを意味します。それ以外の場合、バイナリは実行時に故障するか、実行しない場合があります。命令セットの違いは、各アームバージョンの正しいISAサブセットをターゲットにするためのコンパイラフラグとアセンブラーサポートを慎重に選択することを意味します。

###ツールチェーンとコンパイラの課題

クロスコンパイルツールチェーン(GCC、Clangなど)は、正しいターゲットトリプレットとアーキテクチャフラグ(例えば、-march = armv7-a、-march = armv8-a)で適切に構成する必要があります。さまざまなアームバージョンをサポートするツールチェーンを取得または構築する際に課題が生じます。

-ARMV5などの古いアームアーキテクチャには、GCCとClangの最新バージョンがARMV7とV8+に焦点を当てているため、特殊な古いまたはカスタムツールチェーンが必要になる場合があります。一部の分布またはリポジトリは、ARMV5に最新のツールチェーンを提供しません。
-ARMV5用のネイティブコンパイラの構築(ARMV5ハードウェア自体で実行するコンパイラをコンパイルする)は複雑で、「カナダクロス」またはマルチステージビルドが必要です。 BinutilsやLIBCなどのツールチェーンコンポーネントは、ターゲットアーキテクチャと一致する必要があります。
- ライブラリ(GLIBC、UCLIBC、またはMUSLなどのC標準ライブラリ)がツールチェーンアーキテクチャまたはABI(アプリケーションバイナリインターフェイス)ターゲットをターゲットに編集していない場合、ランタイム障害を引き起こす場合、リンクの問題が発生する場合があります。
- ツールチェーンは、ターゲットアームCPUでのフローティングポイントユニット(FPU)の可用性を認識し、適切なフローティングポイントABI(-mfloat-ABI =ソフト、ソフトFP、ハード)を選択する必要があります。間違った構成を使用すると、ランタイムクラッシュまたは不正確な浮動小数点動作が発生します。

ABIとライブラリの互換性

アームアーキテクチャは、特に32ビットと64ビット(ARMV8)の間で、ABIの規則で異なることがよくあります。重要な考慮事項は次のとおりです。

-ARMV5、V6、およびV7は32ビットで、通常、ARM EABI(埋め込みABI)またはOABI(場合によっては古いABI)に従います。
-ARMV8の64ビットAARCH64モードは、まったく異なるABIおよび呼び出しコンベンションを使用します。
- クロスコンパイルは、これらのABIの正しいABIとライブラリを一致させる必要があります。たとえば、間違ったABIまたはアーキテクチャのために構築されたライブラリとのリンクは、互換性の問題を引き起こします。
- ハードウェアフローティングポイントサポートの有無は、柔らかい浮遊または強化性のあるABIバリアントを使用するかどうかに影響します。

静的および動的リンクは、ターゲット環境のライブラリバージョンとパスレイアウトと一致して、実行時にシンボルやセグメンテーションの障害が欠落しないようにする必要があります。

###システムと構成の問題をビルドします

これらの多様なアームバージョンへの相互コンパイル用のCmakeや自動ツールなどの複雑なビルドシステムを構成するには、ツールチェーンファイルと環境変数の慎重なセットアップが必要です。一般的な課題は次のとおりです。

- ビルドシステム内の正しいコンパイラ、アセンブラ、リンカー、およびツールを設定します。
- 適切なシステムルートとsysrootパスを確保して、ターゲットアーキテクチャのヘッダーファイルとライブラリを見つける。
- アーキテクチャ固有のソースコードパスまたはコンパイラの管理は、コードベースが複数のアームバージョンをサポートする時期を定義します。
- リンクまたはツールの呼び出しエラーが誤っていることにつながる不一致とパスの問題を解決します。

誤った設定により、サイレントビルドの障害、違法な指導の例外などのランタイムエラー、または誤った機能検出(たとえば、フローティングポイントサポートが誤って想定される)につながる可能性があります。

###エミュレーションとランタイムテスト

実際のハードウェアでクロスコンパイルされたバイナリをテストすることは理想的ですが、多くの場合すぐには不可能です。エミュレーションまたはハードウェアインループのセットアップには頻繁に使用されますが、課題があります。

-Emulators(QEMUなど)は、ARMV5-V8 CPUのすべての機能または周辺機器を完全にエミュレートすることはできず、現実的なテストに影響します。
- エミュレーションのパフォーマンスとタイミングの違いは、実際のハードウェアでのみ見られる問題を曖昧にする可能性があります。
- ホスト環境とターゲット環境全体で、デバッグツールとシンボル互換性を確保する必要があります。

ARMバージョンごとの特定の相互コンパイルの問題

-ARMV5：
- 限られた最新のツールチェーンサポート。古いまたは特別にパッチされたコンパイラが必要になる場合があります。
- 新しい命令セットの最適化の欠如。
- 多くのハードウェアプラットフォームで必要なソフトウェアフローティングポイントサポート。
- ネイティブARMV5ツールチェーンまたは複雑なマルチステージビルドの構築が難しい。

-ARMV6：
- いくつかのマルチメディア拡張機能を使用した中間サポート。
- まだ制限されているネオンとSIMDのサポート。
- サポートされていない命令の安全でない使用を避けるために、コンパイラオプションを慎重に選択する必要があります。

-ARMV7：
- より広くサポートされ、最新のツールチェーンによって標的にされています。
- サム2命令セットとパフォーマンスのためのNeon Simdの最良の使用で問題が発生する場合があります。
- セキュリティ拡張機能(TrustZone)では、完全に使用するために特定のコンパイラとリンカーのサポートが必要になる場合があります。
- フローティングポイントABIミスマッチは一般的な落とし穴です。

-ARMV8：
-64ビットモードへの移行により、ABIとカーネルの違いが生じます。
-Aarch32対AARCH64の個別のツールチェーンが同じハードウェアであっても、Buildsの個別のツールチェーンが必要になる場合があります。
- 明示的なコンパイラフラグを必要とする、より高度なCPU機能(暗号、仮想化)。
-V8エンジンなどの大規模なソフトウェアのクロスコンパイルは、微妙なリンカーまたはライブラリの互換性のためにハングまたは故障する可能性があります。
- 初期化のハングを避けるために、正しい標準ライブラリとランタイム(LIBC ++など)に対する慎重なリンクが必要です。

###課題の概要

ARMV5、V6、V7、およびV8への相互コンパイルは、ツールチェーンの可用性と互換性、ターゲットを絞ったコンパイラフラグ、さまざまなABIとフローティングポイントコンベンション、複雑なビルドシステム構成、およびハードウェアまたはエミュレーターでのランタイムテストの困難を必要とするアーキテクチャ命令セットの違いなど、多くの課題に直面しています。古いARMV5ハードウェア用の正しいマルチステージコンパイラビルドの確保、正しいフローティングポイントABIおよび命令セットの選択から、ARMV8の64ビット遷移の複雑さをナビゲートすることから、各ARMバージョンは特定の技術的ハードルをクロスコンパイルに成功させます。