基于Windows平臺(tái)VxWorks交叉編譯工具設(shè)計(jì)

 1 交叉編譯工具鏈功能說(shuō)明

交叉編譯技術(shù)，就是一種在一個(gè)異構(gòu)平臺(tái)上編譯出目標(biāo)平臺(tái)程序的技術(shù)。比如在PC平臺(tái)(X86 CPU)上編譯出能運(yùn)行在以VxWorks為內(nèi)核的CPU平臺(tái)上的程序，編譯得到的程序在X86 CPU平臺(tái)上是不能運(yùn)行的，必須放到VxWorks CPU平臺(tái)上才能運(yùn)行。

每一個(gè)軟件在編譯的過(guò)程中都要經(jīng)過(guò)一系列的處理，才能從源代碼變成可執(zhí)行的目標(biāo)代碼。這一系列處理包括預(yù)編譯、高級(jí)語(yǔ)言編譯、匯編、鏈接及重定位。這一套流程里面用到的每個(gè)工具和相關(guān)的庫(kù)組成的集合，就稱為工具鏈(tool chain)。以GNU的開(kāi)發(fā)工具GCC為例，它就包括了預(yù)編譯器CPP、C編譯器GCC、匯編器AS和鏈接器LD等。在GNU自己對(duì)工具鏈定義中，還加進(jìn)了一套額外的用于處理二進(jìn)制包的工具包Binutils，整個(gè)工具鏈應(yīng)該是GCC+Binutils+Glibc。對(duì)于i586-wrs-vxworks工具來(lái)說(shuō)，因?yàn)樵谏蒝xWorks交叉編譯工具鏈時(shí)，用到的C庫(kù)文件是從Tornado開(kāi)發(fā)軟件中提取出來(lái)的，所以生成的實(shí)際交叉編譯工具鏈應(yīng)該是GCC+Binutils+Tornado(C庫(kù)文件)。GCC(GNU C Compiler)是一個(gè)C語(yǔ)言編譯器。隨著眾多自由開(kāi)發(fā)者的加入和GCC自身的發(fā)展，如今的GCC已經(jīng)是一個(gè)包含眾多語(yǔ)言的編譯器了。其中包括C、C++、Ada、Object C和Java等。所以，GCC也就變?yōu)镚NU Compiler Collection，也就是GNU編譯器集合。當(dāng)然，如今的GCC借助其特性，具有了交叉編譯器的功能，所以又將GCC稱為交叉編譯工具鏈。

2 i586-wrs-vxworks交叉編譯工具鏈制作背景

現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多公司的PLC選用的是基于WindRiver(風(fēng)河)公司的Vxworks系列產(chǎn)品。

一般說(shuō)來(lái)，在開(kāi)發(fā)VxWorks嵌入式的平臺(tái)時(shí)，開(kāi)發(fā)廠商會(huì)推出一整套交叉編譯工具鏈來(lái)配合自身的嵌入式產(chǎn)品，但是這些由商業(yè)公司提供的工具鏈，都不會(huì)附有工具鏈相關(guān)的源代碼和制作方法，靈活性不足，并且它們一般都與整套開(kāi)發(fā)系統(tǒng)捆綁銷售使用，成本較高。為了更好地理解這種技術(shù)和降低成本，我們使用了國(guó)際開(kāi)源組織GNU開(kāi)發(fā)的工具鏈作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工具，提供了更好的使用靈活性。

3 交叉編譯工具鏈設(shè)計(jì)

要構(gòu)建出一個(gè)交叉工具鏈，需要解決3個(gè)問(wèn)題：

①這個(gè)工具鏈必須是可以運(yùn)行在原工作站平臺(tái)上的。

②需要更換一個(gè)與目標(biāo)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的匯編器，使得工具鏈能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的目標(biāo)代碼。

③要更換一套與目標(biāo)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制庫(kù)，使得工具鏈在連接時(shí)能找到正確的二進(jìn)制庫(kù)。

根據(jù)這樣的思路，采取了如下幾個(gè)步驟：

3.1 確定宿主機(jī)平臺(tái)、目標(biāo)機(jī)平臺(tái)及開(kāi)發(fā)工具

根據(jù)項(xiàng)目要求，GCC交叉編譯工具要能工作在基于Windows構(gòu)架的平臺(tái)，編譯生成的可執(zhí)行代碼要能夠滿足基于X86結(jié)構(gòu)的VxWorks嵌入式平臺(tái)。編譯時(shí)選用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Windows XP，開(kāi)發(fā)工具為Cygwin。

Cygwin當(dāng)初首先對(duì)GCC、GDB、GAS等開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行了改進(jìn)，使它們能夠生成并解釋W(xué)in32的目標(biāo)文件。然后，他們要把這些工具移植到Wi-ndows平臺(tái)上去。一種方案是基于Win32 API對(duì)這些工具的源代碼進(jìn)行大幅修改，這樣顯然需要做大量工作。因此，采取了一種不同的方法——寫一個(gè)共享庫(kù)(cygwin.dll)，把Win32 API中沒(méi)有的Unix風(fēng)格的調(diào)用(如fork、spawn、signals、select、sockets等)封裝在里面，也就是說(shuō)，基于Win32 API寫了一個(gè)Llnix系統(tǒng)庫(kù)的模擬層。這樣，只要把這些工具的源代碼和這個(gè)共享庫(kù)連接到一起，就可以使用Unix主機(jī)上的交叉編譯器來(lái)生成可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的工具集。

host_alias(宿主機(jī)名稱) = i686?pc?cygwin32

host_cpu(宿主機(jī)cpu構(gòu)架) = i686

host_vendor(宿主機(jī)產(chǎn)商)= pc

host_os(宿主機(jī)操作平臺(tái)) = cygwin32

target_alias(目標(biāo)機(jī)名稱) = i586?wrs?vxworks

target_cpu(目標(biāo)機(jī)cpu構(gòu)架) = i586

target_vendor(目標(biāo)機(jī)產(chǎn)商) = wrs

target_os(目標(biāo)機(jī)操作平臺(tái)) = vxworks

3.2 選擇開(kāi)發(fā)資源包

GCC、Binutils文件均有各自的版本號(hào)，不是任意組合都可以編譯成功并最終建立一個(gè)交叉編譯環(huán)境的?；诜€(wěn)定性方面考慮，這里選用的GCC和Binutils版本較老一點(diǎn)，但是大多數(shù)工程人員推薦的版本(Binutils-2.10，GCC-2.95.3)。

3.3 建立環(huán)境變量

該步驟的目的是方便重復(fù)輸入路徑，直接輸入絕對(duì)路徑也是可行的。聲明以下環(huán)境變量的目的是在之后編譯工具庫(kù)的時(shí)候會(huì)用到，方便輸入，尤其是可以降低輸錯(cuò)路徑的風(fēng)險(xiǎn)。

export PRJROOT="/VxWorks"

export TARGET="i586"?wrs?vxworks

export PREFIX=$PRJROOT/tools

export TARGET_PREFIX=$PREFIX/$TARGET

export PATH=$PREFIX/bin:$PATH

3.4 生成Binutils二進(jìn)制庫(kù)

Binutils是GNU工具之一，它包括鏈接器、匯編器和其他用于目標(biāo)文件和檔案的工具，是二進(jìn)制代碼的處理維護(hù)工具。安裝Binutils工具包含的程序有addr2line、ar、as、c++filt、gprof、ld、am、objcopy、objdump、ranlib、readelf、size、strings、strip、libiberty、libbfd和libopcodes。

首先安裝二進(jìn)制工具，使用主機(jī)的GCC進(jìn)行編譯。生成的交叉二進(jìn)制工具i586-wrs-vxworks-ar、i586-wrs-vxwor-ks-as、i586-wrs-vxworks-ld等是編譯其他交叉程序的基礎(chǔ)，所以必須放到第一步進(jìn)行。編譯過(guò)程如下：

cd $PRJROOT

mkdir build

cd build

tar xzvf binutils 2.10.tar.gz

mkdir p build binutils

cd build binutils

../binutils 2.10/configure

target=$TARGET

prefix=$PREFIX

exec prefix=$PREFIX

make

make install

export PATH=$PREFIX/bin:$PATH

編譯完成以后，將會(huì)生成Binutils工具，對(duì)這些工具作用的解釋略——編者注。

3.5 生成i586-wrs-vxworks交叉編譯工具鏈

配置參數(shù)如下：

cd $PRJROOT/build

tar ?xjvf gcc?2.95.3.tar.bz2

mkdir build?gcc

cd build?gcc

../gcc 2.95.3/configure

tatget=$TARGET

prefix=$PREFIX

exec?prefix=$PREFIX

with?headers=/c/Tornado/target/h[!--empirenews.page--]

with libs= /c/Tornado /target/lib

with included gettext

with gnu as

with gnu ld

enable languages=c,c++ v

make LANGUAGES="c c++"

make LANGUAGES="c c++" install

執(zhí)行完編譯，安裝命令之后，將會(huì)在$PREFIX/bin/文件夾中生成工具。至此，一個(gè)完整的基于VxWorks的GCC交叉編譯工具鏈就建立起來(lái)了。

5 結(jié)論

本文生成的i586-wrs-vxworks交叉編譯工具鏈通過(guò)了大量的工程實(shí)踐與測(cè)試，可以良好地運(yùn)行在基于Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)平臺(tái)上，編譯和鏈接基于Vx-Works平臺(tái)的程序，從而滿足了VxWorks商業(yè)軟件嵌入式應(yīng)用的開(kāi)源化，能為客戶節(jié)約不少經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷，但是改進(jìn)GCC對(duì)代碼的優(yōu)化還有待進(jìn)一步的研究。