實(shí)驗(yàn)1交叉編譯工具鏈建立實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)1 交叉編譯工具鏈建立實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#183; 熟悉Linux操作系統(tǒng)；· 掌握交叉編譯工具鏈的建立過程；· 掌握通過gdb調(diào)試程序的方法；· 掌握makefile文件的寫法。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備· 硬件：PC機(jī)；· 軟件：Windows操作系統(tǒng)、VMware虛擬機(jī)和Linux操作系統(tǒng)，或直接安裝于硬盤的Linux操作系統(tǒng)，arm-linux-gcc安裝文件。1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容· 安裝Linux操作系統(tǒng)；· 建立交叉編譯工具鏈；· 編寫解決八皇后問題的程序。1.4實(shí)驗(yàn)原理1.4.1交叉編譯工具鏈的簡(jiǎn)介交叉編譯通俗地

2、講就是在一種平臺(tái)上編譯出能運(yùn)行在體系結(jié)構(gòu)不同的另一種平臺(tái)上的程式，例如我們?cè)囼?yàn)中在Linux平臺(tái)上編譯出能運(yùn)行在ARM為內(nèi)核的CPU平臺(tái)上的程式，編譯得到的可執(zhí)行文件是不能在Linux環(huán)境下運(yùn)行的，必須放到ARM平臺(tái)上才能運(yùn)行。這種方法在異平臺(tái)移植和嵌入式研發(fā)時(shí)非常有用的。 交叉編譯工具鏈?zhǔn)怯删幾g器、連接器和解釋器組成的綜合研發(fā)環(huán)境，交叉編譯工具鏈主要由binutils、gcc和glibc三個(gè)部分組成。有時(shí)出于減小libc庫(kù)大小的考慮，也能用別的C庫(kù)來代替glibc，例如uClibc、dietlibc和newlib。1.4.2交叉編譯工具鏈部分組件的介紹 GCC屬于GUN工具鏈中的編譯開發(fā)工具

3、，它可以把源程序編譯為可執(zhí)行文件。GCC是支持支持 Ada 語言、C+ 語言、Java 語言、Objective C 語言、Pascal 語言、COBOL語言，以及支持函數(shù)式編程和邏輯編程的 Mercury 語言，等等的編譯器。GCC是可以在多種硬體平臺(tái)上編譯出可執(zhí)行程序的超級(jí)編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%30%。GCC主要包括：· cpp：GNU C編譯器的預(yù)處理器· gcc：符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的C編譯器· g+：基本符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的C+編譯器· gcj：GCC的java前端· gnat：GCC的GNU ADA 95的前端

4、 binutils是一組二進(jìn)制工具程序集合，是輔助GCC的主要軟件，其中主要包括：· as：GNU匯編器· ld：GNU鏈接器· ar：創(chuàng)建歸檔文件，向庫(kù)中添加/提取obj文件· nm：列出obj文件中的符號(hào)· objcopy：復(fù)制和轉(zhuǎn)化obj文件· objdump：顯示對(duì)象文件的信息· ranlib：根據(jù)歸檔文件中的內(nèi)容建立索引· readelf：顯示elf格式執(zhí)行文件中的各種信息· size：顯示object文件和執(zhí)行文件各段的總大小· strings：顯示文件中可以打印的字符·

5、strip：去掉執(zhí)行文件中多余的信息（如調(diào)試信息）· gprof：用來顯示圖表檔案數(shù)據(jù)。1.4.3Linux常用開發(fā)工具的介紹和使用上面我們對(duì)交叉編譯工具鏈做了概述，下面我們?cè)俳o出linux下常用開發(fā)工具的介紹和使用。1.vi(vim) vi是linux下一種功能強(qiáng)大的，快速命令驅(qū)動(dòng)的全屏幕編輯器，可以類比DOS的edit。vi有三種操作模式：一是命令模式（或稱指令模式），在此模式下的按鍵當(dāng)作指令來處理；一種是輸入模式（或稱插入模式），此模式的按鍵作為真正的輸入；另外一種是底行模式，在該模式下，光標(biāo)位于屏幕的底行。用戶可以進(jìn)行文件保存或退出操作，也可以設(shè)置編譯環(huán)境，如尋找字符串、列出

6、行號(hào)等。初始啟動(dòng)vi時(shí)處于命令模式。表1.1中列出了vi（vim）常用的命令。命 令介 紹光標(biāo)移動(dòng)類命令移動(dòng)輸入光標(biāo)h將光標(biāo)向左移動(dòng)一列j將光標(biāo)向下移動(dòng)一行k將光標(biāo)向上移動(dòng)一行l(wèi)將光標(biāo)向右移動(dòng)一列0將光標(biāo)移動(dòng)到當(dāng)前行首$將光標(biāo)移動(dòng)到當(dāng)前行尾Ctrl+F向前移動(dòng)一頁(yè)Ctrl+B向后移動(dòng)一頁(yè)w將光標(biāo)移動(dòng)到下一個(gè)單詞的首字母e將光標(biāo)移動(dòng)到下一個(gè)單詞的末字母b將光標(biāo)移動(dòng)到前一個(gè)單詞的首字母退出類命令退出VIM編輯器:q!不保存文件強(qiáng)制退出:w!文件存盤:wq!文件存盤后退出:x文件存盤后退出編輯類命令編輯文本常用命令i從光標(biāo)前開始插入文本a從光標(biāo)后開始插入文本r修改光標(biāo)所在處的字符x刪除光標(biāo)處的一個(gè)字

7、符dd刪除光標(biāo)所在的整行內(nèi)容:5d刪除第五行o在光標(biāo)所在行下增加一行并進(jìn)入輸入模式u撤銷最后一個(gè)更改操作yy復(fù)制當(dāng)前行p粘貼當(dāng)前行rm替換當(dāng)前字符為m,替換后仍處于命令模式下表1.1 vi（vim）常用命令 vi的命令有很多，我們需要經(jīng)常使用來熟悉這些命令，當(dāng)你得心應(yīng)手的時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)vi相比其他文本編輯器有很多優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)非常高效的文本編輯器。2.arm-linux-gcc我們需要編譯出運(yùn)行在ARM平臺(tái)上的代碼，所使用的交叉編譯器為arm-linux-gcc。下面將arm-linux-gcc編譯工具的一些常用命令參數(shù)介紹給大家。首先介紹下編譯器的工作過程，在使用GCC編譯程序時(shí)，編譯過程分為四

8、個(gè)階段： （1） 預(yù)處理（Pre-Processing） （2） 編譯（Compiling） （3） 匯編（Assembling） （4） 鏈接（Linking） Linux程序員可以根據(jù)自己的需要讓 GCC在編譯的任何階段結(jié)束，以便檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對(duì)最后生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行控制，以便通過加入不同數(shù)量和種類的調(diào)試代碼來為今后的調(diào)試做好準(zhǔn)備。和其它常用的編譯器一樣，GCC也提供了靈活而強(qiáng)大的代碼優(yōu)化功能，利用它可以生成執(zhí)行效率更高的代碼。下面以文件example.c文件為例來說明它的命令用法：（1） arm-linux-gcc -o example exampl

9、e.c不加-c、-S、-E參數(shù)，編譯器將執(zhí)行預(yù)處理、編譯、匯編、連接操作直接生成可執(zhí)行代碼。-o參數(shù)用于指定輸出的文件，輸出文件名為example，如果不指定輸出文件，則默認(rèn)輸出a.out。（2） arm-linux-gcc -c -o example.o example.c-c參數(shù)將對(duì)源程序example.c進(jìn)行預(yù)處理、編譯、匯編操作，生成example.0文件。去掉指定輸出選項(xiàng)“-o example.o”自動(dòng)輸出為example.o，所以在這里-o加不加都可以。（3） arm-linux-gcc -S -o example.s example.c-S參數(shù)將對(duì)源程序exa

10、mple.c進(jìn)行預(yù)處理、編譯，生成example.s文件。-o選項(xiàng)同上。（4） arm-linux-gcc -E -o example.i example.c-E參數(shù)將對(duì)源程序example.c進(jìn)行預(yù)處理，生成example.i文件（不同版本不一樣，有的將預(yù)處理后的內(nèi)容打印到屏幕上），就是將#include，#define等進(jìn)行文件插入及宏擴(kuò)展等操作。（5） arm-linux-gcc -v -o example example.c加上-v參數(shù)，顯示編譯時(shí)的詳細(xì)信息，編譯器的版本，編譯過程等。（6） arm-linux-gcc -g -o example exam

11、ple.c-g選項(xiàng)，加入GDB能夠使用的調(diào)試信息,使用GDB調(diào)試時(shí)比較方便。（7） arm-linux-gcc -Wall -o example example.c-Wall選項(xiàng)打開了所有需要注意的警告信息，像在聲明之前就使用的函數(shù)，聲明后卻沒有使用的變量等。（8） arm-linux-gcc -Ox -o example example.c-Ox使用優(yōu)化選項(xiàng)，X的值為空、0、1、2、3，0為不優(yōu)化，優(yōu)化的目的是減少代碼空間和提高執(zhí)行效率等，但相應(yīng)的編譯過程時(shí)間將較長(zhǎng)并占用較大的內(nèi)存空間。（9） arm-linux-gcc -I /home/include -o examp

12、le example.c-Idirname: 將dirname所指出的目錄加入到程序頭文件目錄列表中。如果在預(yù)設(shè)系統(tǒng)及當(dāng)前目錄中沒有找到需要的文件，就到指定的dirname目錄中去尋找。（10） arm-linux-gcc -L /home/lib -o example example.c-Ldirname：將dirname所指出的目錄加入到庫(kù)文件的目錄列表中。在默認(rèn)狀態(tài)下，連接程序ld在系統(tǒng)的預(yù)設(shè)路徑中(如/usr/lib)尋找所需要的庫(kù)文件，這個(gè)選項(xiàng)告訴連接程序，首先到-L指定的目錄中去尋找，然后再到系統(tǒng)預(yù)設(shè)路徑中尋找。（11） arm-linux-gcc static -o libexa

13、mple.a example.c靜態(tài)鏈接庫(kù)文件3.gdbgdb是GNU發(fā)布的linux下的字符界面調(diào)試工具，它的功能非常強(qiáng)大，其中主要有：· 按用戶的要求啟動(dòng)程序· 讓被調(diào)試的程序在任意斷點(diǎn)處停止（斷點(diǎn)可以是條件表達(dá)式）· 程序暫停時(shí)可檢查運(yùn)行環(huán)境· 程序暫停時(shí)可動(dòng)態(tài)改變運(yùn)行環(huán)境 要使用gdb調(diào)試程序，在用gcc編譯源文件時(shí)要指定-g選項(xiàng)，以使程序中包含必要的信息。· gcc g program.c /使用gdb的前提· gdb program （gdb）file p /啟動(dòng)gdb· （gdb）help command /查

14、看命令gdb中程序的暫停方式（或稱停止點(diǎn)）有以下幾種：· 斷點(diǎn)（breakpoint）· 觀察點(diǎn)（breakpoint）· 捕捉點(diǎn)（catchpoint）· 信號(hào)（signals）· 線程停止（thread stops） 可以用c命令恢復(fù)程序的運(yùn)行。其中用break命令設(shè)置斷點(diǎn)，有以下幾種方法：· break function /執(zhí)行到某函數(shù)終止· break linenum /執(zhí)行到某行終止· break+offset /在當(dāng)前行后offset行停止· break-offset /在當(dāng)前行前offset

15、行停止· break filename：linenum /執(zhí)行到指定文件中的某行終止· break filename：function /執(zhí)行到指定文件中的某函數(shù)終止· break *address /執(zhí)行到某地址處終止· tbreak /僅中斷一次，中斷后斷點(diǎn)自動(dòng)刪除· break.if condition /條件斷點(diǎn) 例如：設(shè)置條件斷點(diǎn)：break 18 if i=50，用condition命令可以修改條件(condition bnum expression)；清除停止條件可以用condition bnum；ignore命令可以指定程序運(yùn)行

16、時(shí)忽略條件幾次(ignore bnum count);使用info命令可以查看斷點(diǎn)。表1. 2給出了gdb一些常用的命令：基本gdb命令命令描述file裝入想要調(diào)試的可執(zhí)行文件kill終止正在調(diào)試的程序list或l列出產(chǎn)生可執(zhí)行文件的源代碼的一部分next或n執(zhí)行一行源代碼但不進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部step或s執(zhí)行一行源代碼而且進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部run或r執(zhí)行當(dāng)前被調(diào)試的程序quit或q退出gdbwatch監(jiān)視一個(gè)變量的值而不管它何時(shí)被改變break或b在代碼里設(shè)置斷點(diǎn)make使不退出gdb就可以重新產(chǎn)生可執(zhí)行文件shell使不必離開gdb就能執(zhí)行shell命令。表1.2 gdb常用命令總之，gdb的功能非常

17、的強(qiáng)大，可以根據(jù)我們的需求啟動(dòng)，停止程序4.geditgedit是一個(gè)GNOME桌面環(huán)境下兼容UTF-8的文本編輯器。它使用GTK+編寫而成，因此它十分的簡(jiǎn)單易用，有良好的語法高亮，對(duì)中文支持很好，支持包括gb2312、gbk在內(nèi)的多種字符編碼。gedit是一個(gè)自由軟件。是 Linux 下的一個(gè)純文本編輯器,但你也可以把它用來當(dāng)成是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境 (IDE), 它會(huì)根據(jù)不同的語言高亮顯現(xiàn)關(guān)鍵字和標(biāo)識(shí)符。5.tartar可以為文件和目錄創(chuàng)建檔案。利用tar，用戶可以為某一特定文件創(chuàng)建檔案（備份文件），也可以在檔案中改變文件，或者向檔案中加入新的文件。tar最初被用來在磁帶上創(chuàng)建檔案，現(xiàn)在，用戶

18、可以在任何設(shè)備上創(chuàng)建檔案，如軟盤。利用tar命令，可以把一大堆的文件和目錄全部打包成一個(gè)文件，這對(duì)于備份文件或?qū)讉€(gè)文件組合成為一個(gè)文件以便于網(wǎng)絡(luò)傳輸是非常有用的。Linux上的tar是GNU版本的。語法：tar 主選項(xiàng)+輔選項(xiàng) 文件/目錄。使用該命令時(shí)，主選項(xiàng)是必須要有的，它告訴tar要做什么事情，輔選項(xiàng)是輔助使用的，可以選用。命 令介 紹主選項(xiàng)c創(chuàng)建新的檔案文件r把要存檔的文件追加到檔案文件的未尾t列出檔案文件的內(nèi)容u更新文件x從檔案文件中釋放文件退出類命令退出VIM編輯器b該選項(xiàng)是為磁帶機(jī)設(shè)定的f使用檔案文件或設(shè)備，這個(gè)選項(xiàng)通常是必選的k保存已經(jīng)存在的文件m在還原文件時(shí)，把所有文件的修改

19、時(shí)間設(shè)定為現(xiàn)在M創(chuàng)建多卷的檔案文件，以便在幾個(gè)磁盤中存放v詳細(xì)報(bào)告tar處理的文件信息w每一步都要求確認(rèn)z用gzip來壓縮/解壓縮文件，加上該選項(xiàng)后可以將檔案文件進(jìn)行壓縮，但還原時(shí)也一定要使用該選項(xiàng)進(jìn)行解壓縮表1.3 tar常用命令6. makefileMakefile文件描述了整個(gè)工程的編譯、連接等規(guī)則。其中包括：工程中的哪些源文件需要編譯以及如何編譯、需要?jiǎng)?chuàng)建那些庫(kù)文件以及如何創(chuàng)建這些庫(kù)文件、如何最后產(chǎn)生我們想要的可執(zhí)行文件。盡管看起來可能是很復(fù)雜的事情，但是為工程編寫Makefile 的好處是能夠使用一行命令來完成“自動(dòng)化編譯”，一旦提供一個(gè)（通常對(duì)于一個(gè)工程來說會(huì)是多個(gè)）正確的Make

20、file。編譯整個(gè)工程你所要做的唯一的一件事就是在shell 提示符下輸入make命令。整個(gè)工程完全自動(dòng)編譯，極大提高了效率。make是一個(gè)命令工具，它解釋Makefile中的指令（應(yīng)該說是規(guī)則）。在Makefile文件中描述了整個(gè)工程所有文件的編譯順序、編譯規(guī)則。Makefile 有自己的書寫格式、關(guān)鍵字、函數(shù)。像C 語言有自己的格式、關(guān)鍵字和函數(shù)一樣。而且在Makefile 中可以使用系統(tǒng)shell所提供的任何命令來完成想要的工作。Makefile（在其它的系統(tǒng)上可能是另外的文件名）在絕大多數(shù)的IDE 開發(fā)環(huán)境中都在使用，已經(jīng)成為一種工程的編譯方法。1.5實(shí)驗(yàn)步驟1.5.1 交叉編譯工具鏈

21、的建立Linux系統(tǒng)中的一些操作需要獲得root權(quán)限才能進(jìn)行，通過su root命令，輸入密碼獲得root權(quán)限即可進(jìn)行相關(guān)操作，如圖1.1。圖1.1 root權(quán)限獲得1.建立工作目錄在Ubuntu操作系統(tǒng)的/tmp/test目錄下建立test1目錄以作為放置arm-linux交叉編譯工具的位置。將arm-linux交叉編譯工具源碼包arm-linux-gcc-4.4.3.tgz，通過虛擬機(jī)共享文件夾/mnt/hgfs/share拷貝到此目錄下，具體操作如下:#mkdir /tmp/test/test1#cp /mnt/hgfs/share/arm-linux-gcc-4.4.3.tgz /tm

22、p/test/test1如圖1.2所示：圖1.2 arm-linux-gcc安裝所用文件2.解壓縮包使用tar命令對(duì)arm-linux交叉編譯工具源碼包進(jìn)行解壓，如圖1.3所示：圖1.3 解壓3.系統(tǒng)配置解壓結(jié)束后，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單配置。使用vi或者gedit編輯root用戶的配置文件.bashrc，該文件是一個(gè)隱藏文件。在該文件最后一行添加上arm-linux交叉編譯工具的存放路徑，然后保存退出，添加的內(nèi)容為：export PATH=$PATH:/opt/FriendlyARM/toolschain/4.3.2/bin,該路徑應(yīng)根據(jù)解壓的4.4.3文件所在路徑?jīng)Q定，不同的解壓方法可能解壓的

23、路徑各不相同，需要注意。如圖1.2所示。圖1.4 交叉編譯工具存放路徑保存退出后，使用source命令，使修改生效，再運(yùn)行arm-linux-gcc v命令，此時(shí)有arm-linux-gcc版本和配置信息輸出即說明交叉工具鏈安裝完成。如圖1.3所示：圖1.5 版本信息1.5.2 編寫hello文件進(jìn)行交叉編譯編寫hello.c文件代碼如下圖所示：圖1.6 hello.c文件代碼請(qǐng)自行將hello world改為每組兩位同學(xué)的姓名與學(xué)號(hào)，并拍照，將圖片嵌入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。保存退出。使用arm-linux交叉編譯工具對(duì)寫好的hello.c程序進(jìn)行交叉編譯，生成可執(zhí)行文件hello，在hello.c文件

24、目錄下執(zhí)行代碼為：arm-linux-gcc o hello hello.c。在當(dāng)前目錄下生成可執(zhí)行文件hello，如圖1.5所示。圖1.7 編譯hello.c1.5.3 編寫8皇后問題程序1. 題目說明八皇后問題是一個(gè)古老而著名的問題，是回溯算法的典型例題。該問題是十九世紀(jì)著名的數(shù)學(xué)家高斯1850年提出：在8×8格的國(guó)際象棋上擺放八個(gè)皇后，使其不能互相攻擊，即任意兩個(gè)皇后都不能處于同一行、同一列或同一斜線上，問有多少種擺法，并輸出這些擺法的棋譜，放置皇后的位置輸出，其他位置輸出*。為解決這個(gè)問題，把棋盤的橫坐標(biāo)定為i，縱坐標(biāo)定為j, i和j的取值范圍是從到。當(dāng)某個(gè)皇后占了位置(i,

25、 j)時(shí)，在這個(gè)位置的垂直方向、水平方向和斜線方向都不能再放其它皇后了。首先，可以定義四Queen88、a8、b15和c15分別用來存放棋盤，棋盤的列狀態(tài)，棋盤的主對(duì)角線狀態(tài)和棋盤的從對(duì)角線狀態(tài)。其中：aj-1=1 第j列上無皇后aj-1=0 第j列上有皇后bi+j-2=1 (i, j)的對(duì)角線（右上至左下）無皇后bi+j-2=0 (i, j)的對(duì)角線（右上至左下）有皇后ci-j+7=1 (i, j)的對(duì)角線（左上至右下）無皇后ci-j+7=0 (i, j)的對(duì)角線（左上至右下）有皇后 為第i個(gè)皇后選擇位置的算法偽碼如下：for(j=1;j<=8;j+) /*第i個(gè)皇后在第j行*/if

26、(i,j)位置為空)） /*即相應(yīng)的三個(gè)數(shù)組的對(duì)應(yīng)元素值為1*/占用位置（i,j） /*置相應(yīng)的三個(gè)數(shù)組對(duì)應(yīng)的元素值為0*/if i<8為i+1個(gè)皇后選擇合適的位置； else 輸出一個(gè)解在終端下，運(yùn)行自己的程序，顯示如下的結(jié)果： 省略 *53* 省略 最后一行，應(yīng)輸出每組兩位同學(xué)的姓名與學(xué)號(hào)，并拍照，將圖片嵌入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。請(qǐng)大家按照以上說明編寫相應(yīng)源程序，并編譯執(zhí)行。2. 利用make來管理工程關(guān)于make的原理和使用方法，已經(jīng)在前面的實(shí)驗(yàn)原理部分介紹了，接下來，給出一個(gè)本節(jié)實(shí)驗(yàn)的Makefile。請(qǐng)同學(xué)自行分析下面的Makefile并逐行注釋：# Makefile for eight

27、queen# make DEBUG 構(gòu)造調(diào)試版本# make 構(gòu)造優(yōu)化版本# make clean 清除構(gòu)造生成的文件CC = gccAS = asEXEC = eightqueenOBJS = eightQueen.cMACRO =ifdef DEBUGASFLAGS = elseCFLAGS = -O2 endifINCLUDES = CRYPT = LIBDIR = all:compilecompile: eightQueen.c$(CC) -o eightqueen $(OBJS)debug: eightQueen.c$(CC) -g -o eightqueen $(OBJS)clea

28、n:rm ./ eightqueen#End Makefile3. 程序調(diào)試調(diào)試程序是編程過程中重要的一個(gè)步驟。Linux下使用gdb來調(diào)試程序，注意，在調(diào)試之前，需要重新編譯一遍程序，把調(diào)試選項(xiàng)打開，執(zhí)行命令如下：gcc -g -o eightqueen eightQueen.c gdb eightqueen 屏幕回顯示如下信息：GNU gdb (Ubuntu 7.8-1ubuntu4) 0141001-cvsCopyright (C) 2014 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or

29、 later </licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law. Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "i686-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:</software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:</software/gdb/documentation/>.For help, type &q