ARMV5, ARMV6, ARMV7 ve ARMV8 gibi farklı sürümlerde ARM mimarileri için çapraz oluşturma, araç zinciri uyumluluğu, talimat seti farklılıkları, mimari özellikler ve çalışma zamanı ortam varyasyonları ile ilgili bir dizi zorluk sunar. Üretilen ikili dosyaların hedef donanımda doğru ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak için bu zorlukların dikkatle ele alınması gerekmektedir.
Mimari Farklılıklar ve Öğretim Seti Uyumluluğu
Her ARM mimarisi versiyonu selefleri üzerinde önemli değişiklikler ve geliştirmeler sunar. ARMV5, ARMV6, ARMV7 ve ARMV8, destekledikleri talimat kümelerinde (örneğin, kol, başparmak, başparmak-2), mevcut talimat uzantıları, adresleme modları ve kayan nokta birimleri ve SIMD (neon) gibi işlemci özelliklerinde farklılık gösterir.
- ARMV5 esas olarak kol ve başparmak talimat setlerini destekler. ARMV7 ve ARMV8 gibi daha sonraki ARM sürümlerinde bulunan bazı yeni talimat setleri ve uzantılarından yoksundur. Ayrıca, yazılım kayan nokta emülasyonu veya temel VFP'ye dayanarak donanım yüzen nokta desteğinden yoksundur.
- ARMV6, gelişmiş SIMD talimatları ve ARMV6'ya özgü multimedya uzantıları için destek dahil iyileştirmeler getirdi, ancak yine de ARMV7 ile karşılaştırıldığında sınırlamaları var.
- ARMV7 Başparmak-2 talimat setini ve geliştirilmiş SIMD özelliklerini (neon) ekledi. Donanım kayan noktasını daha geniş bir şekilde destekler (VFPV3) ve TrustZone güvenlik uzantıları gibi mimari düzeyinde geliştirmeler ekler.
-ARMV8, ARMV7 32-bit (Aarch32) desteğini korumanın yanı sıra 64 bit bir mimariye (Aarch64) hareket eder, yeni kayıt setleri, kriptografi uzantıları sunar ve sistem düzeyinde yazılım varsayımlarını önemli ölçüde değiştirir. ARMV8 ayrıca daha gelişmiş sanallaştırma özelliklerini, gelişmiş SIMD ve kriptografik ivmeyi de destekler.
Çapraz oluşturma, araç zincirinin bu mimari özelliklerle uyumlu ikili dosyalar üretmesi gerektiği anlamına gelir; Aksi takdirde, ikili dosyalar çalışma zamanında başarısız olabilir veya asla yürütülmez. Öğretim setlerindeki farklılıklar, her bir ARM sürümü için doğru ISA alt kümesini hedeflemek için derleyici bayrakların ve montajcı desteğinin dikkatli bir şekilde seçilmesini ima eder.
Toolchain ve Derleyici Zorlukları
Çapraz kompilatasyon araç zincirleri (GCC, Clang, vb.) Doğru hedef üçüz ve mimari bayraklarla (örneğin -march = armv7-a, -arch = armv8-a) düzgün yapılandırılmalıdır. Değişen kol versiyonlarını destekleyen araç zincirleri elde etmede veya inşa etmede zorluklar ortaya çıkar çünkü:
- ARMV5 gibi eski kol mimarileri, GCC ve Clang'ın modern versiyonları ARMV7 ve V8+'a odaklandığından, özel veya özel araç zincirleri gerektirebilir. Bazı dağıtımlar veya depolar ARMV5 için güncel araç zincirleri sağlamaz.
- ARMV5 için yerel bir derleyici oluşturmak (ARMV5 donanımında çalışacak bir derleyicinin derlenmesi) karmaşık olabilir ve "Kanada haçı" veya çok aşamalı yapılar gerektirir. Binutils ve LIBC gibi araç zinciri bileşenleri hedef mimariyle eşleşmelidir.
- Kütüphaneler (örn., GlibC, UCliBC veya MUSL gibi C standart kütüphaneleri) araç zinciri mimarisi veya hedeflenen ABI (uygulama ikili arayüzü) için derlenmemişse, çalışma süresi arızalarına neden olur.
-Araç zincirleri, hedef kol CPU'larındaki Kayan Nokta Birimleri (FPU) kullanılabilirliğinin farkında olmalı ve uygun kayan nokta ABI'yi (-mfloat-abi = yumuşak, softfp, sert) seçmelidir. Yanlış yapılandırmanın kullanılması, çalışma zamanı çökmelerine veya yanlış kayan nokta davranışına yol açar.
Abi ve Kütüphane Uyumluluğu
ARM mimarileri genellikle ABI sözleşmelerinde, özellikle 32 bit ve 64 bit (ARMV8) arasında farklılık gösterir. Önemli hususlar şunları içerir:
- ARMV5, V6 ve V7 32 bittir ve genellikle EABI (gömülü ABI) veya OABI kolunu takip eder.
- ARMV8'in 64 bit Aarch64 modu tamamen farklı bir ABI ve çağrı konvansiyonu kullanır.
- Bu ABI için çapraz derleme doğru ABI ve kütüphanelerle eşleşmelidir; Örneğin, yanlış ABI veya mimari için inşa edilen kütüphanelere bağlanma uyumluluk sorunlarına neden olur.
-Donanım yüzen nokta desteğinin varlığı veya yokluğu, yumuşak yüzen veya sert yüzen ABI varyantlarının kullanılacağını etkiler.
Statik ve dinamik bağlantı, çalışma zamanında eksik sembolleri veya segmentasyon hatalarını önlemek için hedef ortamın kütüphane sürümleri ve yol düzenleri ile tutarlı olmalıdır.
Sistem ve Yapılandırma Sorunları Oluşturma
Bu farklı kol sürümlerine çapraz derleme için CMake veya AutoTools gibi karmaşık yapı sistemlerini yapılandırmak, araç zinciri dosyalarının ve çevresel değişkenlerin dikkatli bir şekilde ayarlanmasını gerektirir. Yaygın zorluklar:
- Yapım sisteminde doğru derleyici, montajcı, bağlayıcı ve araçları ayarlama.
- Hedef mimari için başlık dosyalarını ve kütüphaneleri bulmak için uygun sistem kökü ve sysroot yollarının sağlanması.
- Mimariye özgü kaynak kod yollarını veya derleyici yönetimi, kod tabanının birden fazla ARM sürümünü ne zaman desteklediğini tanımlar.
- Yanlış bağlantı veya araç çağırma hatalarına yol açan uyumsuzlukların ve yol sorunlarının çözülmesi.
Yanlış yapılandırma, sessiz yapım arızalarına, yasadışı eğitim istisnaları gibi çalışma zamanı hatalarına veya yanlış özellik algılamasına (örn. Yüzen nokta desteği yanlış varsayılır) yol açabilir.
Emülasyon ve Çalışma Zamanı Testi
Çapraz derlenen ikili dosyaları gerçek donanım üzerinde test etmek idealdir, ancak genellikle hemen mümkün değildir. Emülasyon veya döngüdeki donanım kurulumları sıklıkla kullanılır, ancak zorluklarla birlikte gelir:
- Emülatörler (örneğin, qemu), gerçekçi testi etkileyerek ARMV5-V8 CPU'ların tüm özelliklerini veya çevre birimlerini mükemmel bir şekilde taklit edemeyebilir.
- Emülasyondaki performans ve zamanlama farklılıkları sadece gerçek donanımda görülen sorunları gizleyebilir.
- Hata ayıklama araçları ve semboller uyumluluğun ana bilgisayar ve hedef ortamlarda sağlanması gerekir.
ARM sürüm başına belirli çapraz derleme sorunları
- Armv5:
- sınırlı modern araç zinciri desteği; Eski veya özellikle yamalı derleyicilere ihtiyaç duyabilir.
- Daha yeni öğretim seti optimizasyonlarının eksikliği.
- Birçok donanım platformunda yazılım kayan nokta desteği gereklidir.
- Yerel ARMV5 araç zincirleri veya karmaşık çok aşamalı yapılar oluşturmakta zorluklar.
- Armv6:
- Bazı multimedya uzantıları ile ara destek.
- Hala sınırlı neon ve SIMD desteği.
- Desteklenmemiş talimatların güvensiz kullanımını önlemek için derleyici seçeneklerini dikkatle seçmelidir.
- Armv7:
- Modern araç zincirleri tarafından daha yaygın olarak desteklenir ve hedeflenir.
- Sorunlar, başparmak-2 talimat seti ve performans için Neon SIMD'nin en iyi kullanımı ile ortaya çıkabilir.
- Güvenlik Uzantıları (TrustZone), tam kullanım için belirli derleyiciye ve bağlayıcı desteğine ihtiyaç duyabilir.
- Yüzen nokta ABI uyumsuzlukları yaygın tuzaklardır.
- Armv8:
- 64 bit moda geçiş ABI ve çekirdek farklılıkları yaratır.
- Aynı donanımda bile Aarch32 vs Aarch64 yapıları için ayrı araç zincirleri gerektirebilir.
- Açık derleyici bayraklara ihtiyaç duyan daha gelişmiş CPU özellikleri (kripto, sanallaştırma).
- V8 motor gibi çapraz oluşturan büyük yazılımlar, ince bağlayıcı veya kütüphane uyumsuzlukları nedeniyle asabilir veya başarısız olabilir.
- Başlatma asmalarını önlemek için doğru standart kütüphanelere ve çalışma zamanına (örn. LIBC ++) göre dikkatli bir şekilde bağlantı gerektirir.
Zorlukların Özeti
ARMV5, V6, V7 ve V8'e çapraz kompilatasyon, araç zinciri kullanılabilirliği ve uyumluluk, hedefli derleyici bayrakları, değişen ABI ve kayan nokta kuralları, karmaşık yapı sistemi konfigürasyonları ve donanım veya taklitçiler üzerindeki çalışma zaman testlerinin zorluklarını gerektiren mimari talimat farklılıkları gibi sayısız zorluklarla karşı karşıyadır. Eski ARMV5 donanımı için doğru çok aşamalı derleyici yapılarını sağlamaktan, doğru kayan nokta ABI ve talimat setlerini seçmekten, ARMV8'deki 64 bit geçiş karmaşıklıklarında gezinmeye kadar, her kol versiyonu başarılı çapraz kompilatasyona özel teknik engeller sunar.
Bu zorluklar, bu ARM versiyon spektrumunda güvenilir, performanslı ikili dosyalar üretmek için ARM mimarisi detayları, araç zinciri yapılandırması ve test metodolojileri konusunda kapsamlı uzmanlık gerektirir.