Quais são os desafios específicos ao compilar cruzadamente para o ARMV5, V6, V7 e V8

Diferenças arquitetônicas e compatibilidade do conjunto de instruções

Cada versão da arquitetura do ARM introduz mudanças e aprimoramentos significativos em relação aos seus antecessores. ARMV5, ARMV6, ARMV7 e ARMV8 diferem nos conjuntos de instruções que suportam (por exemplo, braço, polegar, polegar-2), extensões de instrução disponíveis, modos de endereçamento e recursos do processador, como unidades de ponto flutuante e SIMD (NEON).

- O ARMV5 suporta principalmente os conjuntos de instruções do braço e polegar. Falta alguns dos conjuntos de instruções e extensões mais recentes encontrados em versões posteriores do ARM como ARMV7 e ARMV8. Também geralmente não possui suporte de ponto flutuante de hardware, confiando na emulação de ponto flutuante de software ou na VFP básica.

- O ARMV6 introduziu melhorias, incluindo instruções aprimoradas do SIMD e suporte para as extensões multimídia específicas do ARMV6, mas ainda tem limitações em comparação com o ARMV7.

- O ARMV7 adicionou o conjunto de instruções Thumb-2 e os recursos do SIMD aprimorados (NEON). Ele suporta o ponto flutuante de hardware de maneira mais ampla (VFPV3) e adiciona aprimoramentos no nível da arquitetura, como as extensões de segurança do TrustZone.

-O ARMV8 se move para uma arquitetura de 64 bits (AARCH64), juntamente com o suporte para o suporte para o ARMV7 de 32 bits (AARCH32), apresenta novos conjuntos de registros, extensões de criptografia e altera significativamente as suposições de software no nível do sistema. O ARMV8 também suporta recursos de virtualização mais avançados, SIMD aprimorado e aceleração criptográfica.

Compilagem cruzada significa que a cadeia de ferramentas deve gerar binários compatíveis com esses recursos arquitetônicos; Caso contrário, os binários podem falhar em tempo de execução ou nunca executar. As diferenças nos conjuntos de instruções implicam uma seleção cuidadosa de sinalizadores do compilador e suporte ao assembler para direcionar o subconjunto ISA correto para cada versão do ARM.

Chain de ferramentas e desafios do compilador

As cadeias de ferramentas de compilação cruzada (GCC, Clang, etc.) devem ser configuradas corretamente com trigêmeos de alvo corretos e sinalizadores de arquitetura (por exemplo, -March = ARMV7-A, -MARCH = ARMV8-A). Os desafios surgem na obtenção ou construção de cadeias de ferramentas que suportam versões variadas do braço porque:

- Arquiteturas de ARM mais antigas como o ARMV5 podem exigir cadeias de ferramentas mais antigas ou personalizadas especializadas, pois as versões modernas do GCC e do CLANG se concentram no ARMV7 e V8+. Algumas distribuições ou repositórios não fornecem cadeias de ferramentas atualizadas para o ARMV5.
- Construir um compilador nativo para o ARMV5 (compilando um compilador para executar no próprio hardware do ARMV5) pode ser complexo, exigindo compilações "canadenses de cruz" ou vários estágios. Componentes da cadeia de ferramentas, como Binutils e Libc, devem corresponder à arquitetura de destino.
- Os problemas de vinculação podem ocorrer se as bibliotecas (por exemplo, b bibliotecas padrão como Glibc, UCLIBC ou Musl) não forem compiladas para a arquitetura da cadeia de ferramentas ou a ABI (Application Binisty Interface) direcionada, causando falhas no tempo de execução.
-As cadeias de ferramentas devem estar cientes da disponibilidade das unidades de ponto flutuante (FPU) nas CPUs do braço de destino e selecionar o ponto flutuante apropriado ABI (-mfloat-abi = soft, softfp, duro). O uso dos levam a configuração errada a falhas de tempo de execução ou comportamento incorreto do ponto flutuante.

Abi e compatibilidade da biblioteca

As arquiteturas do ARM geralmente diferem nas convenções da ABI, especialmente entre 32 bits e 64 bits (ARMV8). Considerações importantes incluem:

- ARMV5, V6 e V7 são de 32 bits e geralmente seguem o ARM EABI (ABI incorporado) ou OABI (antigo abi em alguns casos).
- O modo AARCH64 de 64 bits da ARMV8 usa uma ABI totalmente diferente e uma convenção de chamadas.
- A compilação cruzada precisa corresponder à ABI e bibliotecas corretas para esses ABIS; Por exemplo, vincular -se a bibliotecas construídas para o ABI ou arquitetura erradas causa problemas de compatibilidade.
-A presença ou ausência de suporte a ponto flutuante de hardware afeta o uso de variantes de ABI flutuantes ou flutuantes.

A ligação estática e dinâmica deve ser consistente com as versões da biblioteca do ambiente de destino e os layouts de caminho para evitar falta de símbolos ou falhas de segmentação em tempo de execução.

Construir problemas de sistema e configuração

Configurando sistemas de construção complexos, como CMake ou AutoTools para compilação cruzada para essas diversas versões do ARM, requer uma configuração cuidadosa de arquivos da cadeia de ferramentas e variáveis ​​ambientais. Os desafios comuns são:

- Definir o compilador correto, o assembler, o ligante e as ferramentas no sistema de construção.
- Garantir os caminhos da raiz e do sistema adequados para encontrar arquivos de cabeçalho e bibliotecas para a arquitetura de destino.
- Gerenciando os caminhos ou compiladores de código-fonte específicos da arquitetura define quando a base de código suporta várias versões do ARM.
- Resolvendo problemas de incompatibilidade e caminho que levam a erros incorretos de vinculação ou invocação de ferramentas.

A configuração incorreta pode levar a falhas silenciosas de construção, erros de tempo de execução, como exceções ilegais de instrução ou detecção de recursos incorreta (por exemplo, suporte de ponto flutuante assumido erroneamente).

emulação e teste de tempo de execução

Testar os binários compilados cruzados em hardware real é ideal, mas muitas vezes não é imediatamente possível. As configurações de emulação ou hardware em loop são usadas com frequência, mas vêm com desafios:

- Os emuladores (por exemplo, qemu) podem não imitar perfeitamente todos os recursos ou periféricos das CPUs ARMV5-V8, afetando testes realistas.
- As diferenças de desempenho e tempo na emulação podem obscurecer problemas apenas vistos no hardware real.
- As ferramentas de depuração e a compatibilidade de símbolos precisam ser garantidas nos ambientes host e de destino.

problemas específicos de compilação cruzada por versão do braço

- ARMV5:
- Suporte limitado da cadeia de ferramentas moderna; pode precisar de compiladores mais antigos ou especificamente corrigidos.
- Falta de otimizações mais recentes do conjunto de instruções.
- Suporte de ponto flutuante de software necessário em muitas plataformas de hardware.
- Dificuldades para criar cadeias de ferramentas nativas do ARMV5 ou compilações complexas de vários estágios.

- ARMV6:
- Suporte intermediário com algumas extensões multimídia.
- Ainda limitado o suporte de néon e SIMD.
- deve escolher cuidadosamente as opções do compilador para evitar o uso inseguro de instruções não suportadas.

- ARMV7:
- mais amplamente suportado e direcionado pelas cadeias de ferramentas modernas.
- Os problemas podem surgir com o conjunto de instruções Thumb-2 e o melhor uso do neon SIMD para desempenho.
- Extensões de segurança (TrustZone) podem precisar de suporte específico ao compilador e vinculador para a utilização completa.
- As incompatibilidades ABI de ponto flutuante são armadilhas comuns.

- ARMV8:
- A transição para o modo de 64 bits cria diferenças de ABI e kernel.
- Pode exigir cadeias de ferramentas separadas para compilações AARCH32 vs AARCH64, mesmo no mesmo hardware.
- Recursos mais avançados da CPU (criptografia, virtualização) que precisam de sinalizadores explícitos do compilador.
- Compilular software grande como o mecanismo V8 pode pendurar ou falhar devido a um linker sutil ou incompatibilidades da biblioteca.
- Requer uma ligação cuidadosa contra bibliotecas padrão corretas e tempo de execução (por exemplo, libc ++) para evitar a inicialização.

Resumo dos desafios

A compilação cruzada para o ARMV5, V6, V7 e V8 enfrenta vários desafios, incluindo a disponibilidade e compatibilidade da cadeia de ferramentas, diferenças de conjunto de instruções arquitetônicas que requerem sinalizadores de compiladores direcionados, variando ABI e convenções de ponto flutuante, configurações complexas do sistema de construção e as dificuldades de testes de tempo de execução em hardware ou emuladores. Desde a garantia de compiladores de vários estágios corretos para o hardware ARMV5 mais antigo, escolhendo os conjuntos de instruções corretos de ponto flutuante e de instruções, para navegar nas complexidades de transição de 64 bits no ARMV8, cada versão do ARM apresenta obstáculos técnicos específicos para a compilação cruzada bem-sucedida.