Kompilowanie krzyżowe dla architektur ARM w różnych wersjach, takich jak ARMV5, ARMV6, ARMV7 i ARMV8, przedstawia szereg wyzwań związanych z kompatybilnością narzędzi, różnice w zestawie instrukcji, funkcjami architektonicznymi i wariantami środowiska wykonawczego. Wyzwania te należy starannie rozwiązać, aby zapewnić, że binarie produkowane są poprawnie i wydajnie na docelowym sprzęcie.
Różnice architektoniczne i kompatybilność instrukcji
Każda wersja architektury ARM wprowadza znaczące zmiany i ulepszenia w stosunku do swoich poprzedników. Armv5, ARMV6, ARMV7 i ARMV8 różnią się w zestawach instrukcji, które obsługują (np. ARM, kciuk, kciuk-2), dostępne rozszerzenia instrukcji, tryby adresowania i funkcje procesora, takie jak jednostki zmiennoprzecinkowe i SIMD (neon).
- Armv5 obsługuje głównie zestawy instrukcji ramienia i kciuka. Brakuje mu niektórych nowszych zestawów instrukcji i rozszerzeń znalezionych w późniejszych wersjach ARM, takich jak ARMV7 i ARMV8. Często brakuje również wsparcia zmiennoprzecinkowego sprzętu, opierając się na emulacji zmiennoprzecinkowej oprogramowania lub podstawowej VFP.
- Armv6 wprowadził ulepszenia, w tym ulepszone instrukcje SIMD i wsparcie dla rozszerzeń multimedialnych specyficznych dla ARMV6, ale nadal ma ograniczenia w porównaniu z ARMV7.
- Armv7 dodał zestaw instrukcji kciuk-2 i ulepszone funkcje SIMD (neon). Obsługuje sprzętowy punkt zmiennoprzecinkowy szerzej (VFPV3) i dodaje ulepszenia na poziomie architektury, takie jak rozszerzenia bezpieczeństwa TrustZone.
-Armv8 przenosi się do 64-bitowej architektury (AARCH64), a także utrzymanie wsparcia 32-bitowego ARMV7 (AARCH32), wprowadza nowe zestawy rejestrów, rozszerzenia kryptografii i znacząco zmienia założenia oprogramowania na poziomie systemu. Armv8 obsługuje również bardziej zaawansowane funkcje wirtualizacji, ulepszone SIMD i przyspieszenie kryptograficzne.
Kompilowanie krzyżowe oznacza, że narzędzia musi generować binarne kompatybilne z tymi cechami architektonicznymi; W przeciwnym razie pliki binarne mogą zawieść w czasie wykonywania lub nigdy nie wykonać. Różnice w zestawach instrukcji oznaczają staranne wybór flag kompilatora i obsługę asemblera w celu ukierunkowania poprawnego podzbioru ISA dla każdej wersji ARM.
Toolchain i kompilator wyzwania
Narzędzia do kompilacji krzyżowej (GCC, Clang itp.) Należy poprawnie skonfigurować za pomocą poprawnych docelowych trojaczek i flag architektury (np. -March = armv7-a, -march = armv8-a). Wyzwania pojawiają się w uzyskiwaniu lub budowaniu narzędzi, które obsługują różne wersje ramienia, ponieważ:
- Starsze architektury ramienia, takie jak ARMV5, mogą wymagać wyspecjalizowanych starszych lub niestandardowych narzędzi, ponieważ nowoczesne wersje GCC i Clang skupiają się na ARMV7 i V8+. Niektóre dystrybucje lub repozytoria nie zapewniają aktualnych narzędzi do ARMV5.
- Budowanie natywnego kompilatora Armv5 (kompilacji kompilatora do samego sprzętu ARMV5) może być złożone, wymagające kompilacji „Canadian Cross” lub wieloetapowych. Komponenty narzędzi, takie jak Binutils i LIBC, muszą pasować do architektury docelowej.
- Problemy związane z łączeniem mogą wystąpić, jeśli biblioteki standardowe C, takie jak Glibc, UCLIBC lub Musl), nie są skompilowane dla architektury narzędzi lub ABI (interfejs binarny aplikacji), powodując awarie czasu wykonania.
-Narzędzia muszą być świadome dostępności punktów zmiennoprzecinkowych (FPU) na docelowych procesorach ARM i wybrać odpowiednią temperaturę zmiennoprzecinkową ABI (-MFloat-Abi = miękkie, softfp, twarde). Korzystanie z niewłaściwej konfiguracji prowadzi do awarii środowiska wykonawczego lub nieprawidłowego zachowania zmiennoprzecinkowego.
ABI i kompatybilność biblioteki
Architektury ramienia często różnią się konwencjami ABI, szczególnie między 32-bitowymi a 64-bitowymi (ARMV8). Ważne rozważania obejmują:
- Armv5, V6 i V7 są 32-bitowe i zwykle podążają za ramieniem EABI (wbudowanym ABI) lub Oabi (w niektórych przypadkach stare ABI).
- 64-bitowy tryb AARCH64 Armv8 wykorzystuje zupełnie inną ABI i wywołując konwencję.
- Komplacja krzyżowa musi pasować do prawidłowych ABI i bibliotek dla tych ABIS; Na przykład połączenie z bibliotekami zbudowanymi dla niewłaściwego ABI lub architektury powoduje problemy z kompatybilnością.
-Obecność lub brak sprzętowego wspornika zmiennoprzecinkowego wpływa na to, czy stosować miękkie lub twarde warianty ABI.
Łączenie statyczne i dynamiczne musi być spójne z wersjami biblioteki i układów ścieżki środowiska docelowego, aby uniknąć brakujących symboli lub błędów segmentacji w czasie wykonywania.
Problemy z systemem i konfiguracją kompilacji i konfiguracji
Konfigurowanie złożonych systemów kompilacji, takich jak CMake lub Autotools do kompilacji krzyżowej z tymi różnorodnymi wersjami ARM, wymaga starannej konfiguracji plików narzędzi i zmiennych środowiskowych. Wspólne wyzwania to:
- Ustawianie prawidłowego kompilatora, asemblera, łącza i narzędzi w systemie kompilacji.
- Zapewnienie odpowiedniego systemu korzenia i sysroot ścieżek do znalezienia plików nagłówka i bibliotek dla architektury docelowej.
- Zarządzanie specyficznymi dla architektury ścieżkami kodu źródłowego lub kompilatora określa, gdy baza kodu obsługuje wiele wersji ARM.
- Rozwiązanie niedopasowań i problemów ze ścieżką, które prowadzą do nieprawidłowych błędów łączenia lub wywołania narzędzia.
Błędna konfiguracja może prowadzić do cichych niepowodzeń kompilacji, błędów wykonawczych, takich jak wyjątki od nielegalnych instrukcji lub nieprawidłowe wykrywanie funkcji (np. Niezależnie założone wsparcie zmiennoprzecinkowe).
testowanie emulacji i środowiska wykonawczego
Testowanie kompilowanych binarów na prawdziwym sprzęcie jest idealne, ale często nie możliwe. Często stosuje się konfiguracje emulacji lub sprzętu w pętli, ale są dostarczane z wyzwaniami:
- Emulatory (np. Qemu) mogą nie doskonale naśladować wszystkich cech lub urządzeń peryferyjnych procesorów ARMV5-V8, wpływając na realistyczne testy.
- Różnice w zakresie wydajności i terminu w emulacji mogą zaciemniać problemy tylko na prawdziwym sprzęcie.
- Kompatybilność narzędzi i symboli debugowania należy zapewnić w środowiskach hosta i docelowym.
Specyficzne problemy z kompilacji krzyżowej na wersję ramienia
- Armv5:
- Ograniczone nowoczesne wsparcie narzędzi; może potrzebować starszych lub konkretnie załatanych kompilatorów.
- Brak nowszych optymalizacji zestawu instrukcji.
- Wsparcie o zmiennym punkcie oprogramowania potrzebne na wielu platformach sprzętowych.
- Trudności w budowaniu natywnych narzędzi ARMV5 lub złożonych wieloetapowych kompilacjach.
- Armv6:
- Wsparcie pośrednie z niektórymi rozszerzeniami multimedialnymi.
- Wciąż ograniczone wsparcie neonowe i SIMD.
- Musi dokładnie wybrać opcje kompilatora, aby uniknąć niebezpiecznego korzystania z nieobsługiwanych instrukcji.
- Armv7:
- Szersze wspierane i ukierunkowane przez nowoczesne narzędzia.
- Problemy mogą pojawić się z zestawem instrukcji kciuka-2 i najlepszym wykorzystaniem neonowego SIMD do wydajności.
- Rozszerzenia bezpieczeństwa (TrustZone) mogą wymagać konkretnego obsługi kompilatora i linkera w celu pełnego wykorzystania.
- Niedopasowania ABI zmiennoprzecinkowego są powszechnymi pułapkami.
- Armv8:
- Przejście do trybu 64-bitowego tworzy różnice ABI i jądra.
- Może wymagać oddzielnych narzędzi do kompilacji AARCH32 vs AARCH64, nawet na tym samym sprzęcie.
- Bardziej zaawansowane funkcje procesora (krypto, wirtualizacja) wymagające wyraźnych flag kompilatora.
- Duże oprogramowanie, takie jak silnik V8, może zawiesić lub zawieść ze względu na subtelne niezgodności łącznika lub biblioteki.
- Wymaga starannego połączenia z prawidłowymi standardowymi bibliotekami i środowiskiem wykonawczym (np. Libc ++), aby uniknąć zawieszenia inicjalizacji.
Podsumowanie wyzwań
Kompilowanie krzyżowe z ARMV5, V6, V7 i V8 stoją stoją w obliczu licznych wyzwań, w tym dostępności i kompatybilności narzędzi, różnic w instrukcjach architektonicznych wymagających docelowych flag kompilatorów, zmieniających się konwencji ABI i konwencji o złożonych systemach kompilacji oraz trudności związanych z testowaniem czasu wykonywania na sprzętowych lub emulatorach. Od zapewnienia prawidłowego kompilatora wieloetapowego kompilatora dla starszego sprzętu ARMV5, wyboru prawidłowego zmiennoprzecinkowego ABI i zestawów instrukcji, po nawigację z 64-bitowymi złożonością przejściową w ARMV8, każda wersja ARM przedstawia określone przeszkody techniczne dla udanej kompilacji krzyżowej.
Wyzwania te wymagają szerokiej wiedzy specjalistycznej w zakresie szczegółów architektury ARM, konfiguracji narzędzi i metodologii testowania w celu uzyskania niezawodnych, wykonujących plików binarnych w tym spektrum wersji ARM.