[進階] 安裝 Raspberry Pi 的 Toolchain

Toolchain 是一套能讓你編譯、連結、除錯程式的軟體,例如 GCCLDGDBAS glibc 等。

假設我們寫了一個 hello.c 的程式要在個人電腦上執行,我們只要打 gcc hello.c 就可以將 hello.c 編譯成 x86 架構的可執行檔。

由於 Raspberry Pi 上的處理器是 ARM 架構的,因此要將同樣的 hello.c 在 Raspberry Pi 執行,必須將程式編譯成 ARM 架構的可執行檔。

我們有兩個選擇,第一是直接在 Raspberry Pi 上編譯。第二是先在我們的個人電腦用 Raspberry Pi 的 toolchain 編譯完成後,再上傳到 Pi。

這裡簡介如何在個人電腦安裝 Raspberry Pi 的 toolchain,以在 ubuntu 上安裝 gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian 為例。

1. 在個人電腦安裝必要的套件。

sosorry@ubuntu:~$ sudo apt-get install make git-core ncurses-dev

2. 下載最新版的 toolchain。

sosorry@ubuntu:~$ mkdir rpi
sosorry$ubuntu:~$ cd rpi
sosorry@ubuntu:~/rpi$ git clone https://github.com/raspberrypi/tools.git
remote: Reusing existing pack: 17273, done.
remote: Total 17273 (delta 0), reused 0 (delta 0)
Receiving objects: 100% (17273/17273), 311.52 MiB | 343 KiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (11698/11698), done.
Checking out files: 100% (15860/15860), done.

3. 安裝 toolchain。安裝方法是將 gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian 加到環境變數裡。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ vi ~/.bashrc
export PATH=$PATH:/home/sosorry/rpi/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian/bin   # add this line at the end of file

4. 測試。先開啟一個新的終端機,輸入 arm 後連續按兩次 tab 鍵,如果跑出來一堆像下面的提示表示安裝成功。

arm-linux-gnueabihf-addr2line        arm-linux-gnueabihf-gcc              arm-linux-gnueabihf-gfortran         arm-linux-gnueabihf-objdump
arm-linux-gnueabihf-ar               arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.2        arm-linux-gnueabihf-gprof            arm-linux-gnueabihf-pkg-config
arm-linux-gnueabihf-as               arm-linux-gnueabihf-gcc-ar           arm-linux-gnueabihf-ld               arm-linux-gnueabihf-pkg-config-real
arm-linux-gnueabihf-c++              arm-linux-gnueabihf-gcc-nm           arm-linux-gnueabihf-ld.bfd           arm-linux-gnueabihf-ranlib
arm-linux-gnueabihf-c++filt          arm-linux-gnueabihf-gcc-ranlib       arm-linux-gnueabihf-ldd              arm-linux-gnueabihf-readelf
arm-linux-gnueabihf-cpp              arm-linux-gnueabihf-gcov             arm-linux-gnueabihf-ld.gold          arm-linux-gnueabihf-size
arm-linux-gnueabihf-elfedit          arm-linux-gnueabihf-gdb              arm-linux-gnueabihf-nm               arm-linux-gnueabihf-strings
arm-linux-gnueabihf-g++              arm-linux-gnueabihf-gdbtui           arm-linux-gnueabihf-objcopy          arm-linux-gnueabihf-strip

讓我們實際寫一個 hello.c 並編譯它吧。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ vi hello.c
#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("hello, world\n");
        return 0;
}

用 Raspberry Pi 的 toolchain 編譯 hello.c。這一步驟稱為交叉編譯(cross-compiling)。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello-arm

讓我們看看檔案的資訊,可以看到該檔案是 ARM 的格式。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ file hello-arm
hello-arm: ELF 32-bit LSB executable, ARM, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.26, not stripped

如果我們在 x86 環境下試著執行會發現無法成功。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ ./hello-arm 
bash: ./hello-arm: cannot execute binary file

我們把 hello-arm 上傳到我們的 Pi,假設 IP 為 192.168.1.2。

sosorry@ubuntu:~/rpi$ scp hello-arm pi@192.168.1.2:/home/pi
pi@192.168.1.2's password: 
hello-arm                                                                                                                             100% 5447     5.3KB/s   00:00

在我們的 Pi 上執行,看看結果吧。

pi@raspberrypi:~$ ./hello-arm
hello, world

 

常見問與答:

1. 為什麼要在個人電腦上安裝 toolchain?
因為個人電腦的處理速度通常高於 Raspberry Pi ,因此如果要開發比較大的專案(例如編譯核心),建議在個人電腦上處理,才不會等等等等。實務上在嵌入式系統的開發過程中,目標機器通常不會有 toolchain,因此常常會需要先在開發環境上將專案交叉編譯後再燒到目標機器。

2. 為什麼要安裝 gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian?
因為在 userland README.md 告訴我們的。

This repository contains the source code for the ARM side libraries used on Raspberry Pi. These typically are installed in /opt/vc/lib and includes source for the ARM side code to interface to: EGL, mmal, GLESv2, vcos, openmaxil, vchiq_arm, bcm_host, WFC, OpenVG.

Use buildme to build. It requires cmake to be installed and an arm cross compiler. It is set up to use this one: https://github.com/raspberrypi/tools/tree/master/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian

3. 如果個人電腦(主機端)是 64 位元的要裝那個版本的 toolchain?
要使用 tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin 目錄下的執行檔,也就是將該路徑加入環境變數即可。