【Linux】交叉编译2

一、文章背景

疑惑

官方提供的SDK包的结构如下：

hugo@hugo-virtual-machine:~$ tree -L 2 SDK
SDK
├── environment-setup-aarch64-poky-linux
├── site-config-aarch64-poky-linux
├── sysroots
│   ├── aarch64-poky-linux
│   ├── aarch64-poky-linux.tar.gz
│   └── x86_64-pokysdk-linux
└── version-aarch64-poky-linux

这里的每个包是用来干嘛的？为什么SDK下的 sysroots有aarch64-poky-linux和x86_64-pokysdk-linux，这两个包分别是干嘛的，这个aarch64是什么意思？x86又是什么意思？这里的pokysdk是什么意思？为什么他们两个包下面会有都有aarch64-poky-linux-gcc：

hugo@hugo-virtual-machine:~/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux$ ls /home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-g*
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-g++
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcc
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcc-ar
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcc-nm
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcc-ranlib
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcov
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcov-dump
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcov-tool
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gdb
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gdb-add-index
/home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gprof

hugo@hugo-virtual-machine:~/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin$ ls /home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-g*
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-g++
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gcc
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gcc-ar
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gcc-nm
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gcc-ranlib
/home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gprof

分析

对SDK的结构和各个目录的作用感到困惑，特别是sysroots下的aarch64-poky-linux和x86_64-pokysdk-linux这两个目录。还不明白为什么这两个目录下都有aarch64-poky-linux-gcc这样的工具链，以及aarch64和x86_64的区别，还有pokysdk的含义。

首先，我需要回忆一下嵌入式开发中SDK的常见结构。通常，SDK会包含交叉编译工具链、目标系统的头文件和库、以及一些配置脚本。SDK包里面的的environment-setup-aarch64-poky-linux应该是用来设置环境变量的脚本，比如PATH和交叉编译器的路径。site-config可能包含一些构建配置，version文件记录SDK的版本。

sysroots目录下通常会有两个部分：目标系统的根文件系统（target sysroot）和主机工具链的根文件系统（host sysroot）。aarch64-poky-linux可能是目标平台的sysroot，包含目标系统的头文件和库，而x86_64-pokysdk-linux是主机上的工具链，包含交叉编译器和其他构建工具。这里可能混淆的是，为什么在x86_64的目录下会有aarch64的工具链，这可能是因为交叉编译器本身是运行在x86主机上，但生成的是aarch64架构的代码。

接下来提到的aarch64和x86_64的区别？
aarch64是ARM的64位架构，而x86_64是Intel/AMD的64位架构。poky是Yocto项目使用的元数据集合，用来构建嵌入式Linux系统。pokysdk可能是指Yocto SDK的特定配置。

列出的目录中的工具链文件，比如aarch64-poky-linux-gcc，这些是交叉编译器，运行在x86主机上，但生成ARM架构的可执行文件。在目标sysroot中，可能有一些符号链接或工具链的副本，用于构建时引用目标系统的库。

解释每个目录的作用？
为什么会有两个sysroot，以及工具链的架构区别。用简单的比喻，比如交叉编译器就像翻译，把源代码从主机语言翻译成目标设备的语言。主机工具链是运行在开发机上的工具，而目标sysroot是目标设备需要的库和头文件。

还要注意用户可能混淆了主机架构和目标架构，需要明确区分。poky是Yocto的一部分，用于构建整个系统，所以SDK中的结构是为了支持交叉编译和系统构建。

总结来说，用户需要明白SDK的结构如何支持交叉编译，各个目录的作用，以及工具链的架构区别。需要避免技术术语过多，用日常例子帮助理解。

二、SDK 目录结构解析

1. 整体结构

SDK
├── environment-setup-aarch64-poky-linux  # 环境变量配置文件
├── site-config-aarch64-poky-linux        # 构建系统配置
├── sysroots                             # 目标系统和主机工具链的根目录
│   ├── aarch64-poky-linux               # 目标系统的根目录（ARM架构）
│   ├── aarch64-poky-linux.tar.gz        # 目标系统的压缩包
│   └── x86_64-pokysdk-linux             # 主机工具链的根目录（x86架构）
└── version-aarch64-poky-linux           # SDK版本信息

三、关键目录与文件的作用

1. environment-setup-aarch64-poky-linux

• 用途：配置交叉编译环境变量。
• 核心功能：
  • 设置交叉编译器路径（aarch64-poky-linux-gcc）。
  • 定义目标系统的根目录（SDKTARGETSYSROOT）。
  • 配置编译选项（如 CFLAGS、LDFLAGS）。
• 为什么需要它：
  告诉系统如何找到交叉编译器和目标系统的库/头文件，确保代码能正确编译为ARM架构的程序。

2. sysroots 目录

(1) aarch64-poky-linux

• 用途：目标系统的根目录（Target Sysroot）。
• 包含内容：
  • /usr/include：目标系统的头文件（如 stdio.h、string.h）。
  • /usr/lib：目标系统的库文件（如 libc.so）。
  • /usr/bin：目标系统的工具链符号链接（如 aarch64-poky-linux-gcc）。
• 为什么需要它：
  编译程序时，交叉编译器需要从这里获取目标系统的头文件和库文件。

(2) x86_64-pokysdk-linux

• 用途：主机工具链的根目录（Host Sysroot）。
• 包含内容：
  • /usr/bin：交叉编译器和其他工具（如 aarch64-poky-linux-gcc）。
  • /usr/lib：主机工具链的依赖库。
• 为什么需要它：
  这些工具链运行在x86主机上（如你的虚拟机），但生成的是ARM架构的程序。

四、关键概念解释

1. aarch64 vs x86_64

• aarch64：

  • 定义：ARM 64位架构，用于嵌入式设备（如你的NXP i.MX 8M Mini）。
  • 类比：相当于手机的“大脑”，负责执行代码。

• x86_64：

  • 定义：Intel/AMD的64位架构，用于PC或虚拟机。
  • 类比：相当于你的电脑的“大脑”，用来编译代码。

2. poky 和 pokysdk

• poky：

  • 定义：Yocto项目的核心工具集，用于构建嵌入式Linux系统。
  • 作用：帮你生成操作系统镜像、工具链和软件包。

• pokysdk：

  • 定义：基于Yocto生成的SDK（Software Development Kit）。
  • 作用：提供开发所需的一切工具（编译器、库、头文件）。

3. 为什么两个目录下都有 aarch64-poky-linux-gcc？

• 在 x86_64-pokysdk-linux 中的 aarch64-poky-linux-gcc：

  • 本质：运行在x86主机上的交叉编译器，用于生成ARM架构的程序。
  • 路径示例：

    /home/hugo/SDK/sysroots/x86_64-pokysdk-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux/aarch64-poky-linux-gcc
    

• 在 aarch64-poky-linux 中的 aarch64-poky-linux-gcc：

  • 本质：符号链接或占位文件，仅为兼容性存在。
  • 路径示例：

    /home/hugo/SDK/sysroots/aarch64-poky-linux/usr/bin/aarch64-poky-linux-gcc
    

  • 为什么需要它：某些构建工具（如 make）可能需要在目标系统路径下查找工具链。

五、通俗易懂的比喻

1. 交叉编译器：

   • 你是一个英语老师（x86主机），要教一个只会中文的学生（ARM设备）学英语。
   • 交叉编译器就是你的“翻译工具”，把英语教材（源代码）翻译成中文（ARM指令）。

2. sysroots 目录：

   • x86_64-pokysdk-linux：你的书房，里面有翻译工具（编译器）、参考书（主机库）。
   • aarch64-poky-linux：学生的书包，里面有中文课本（目标系统头文件/库）。

六、总结

• SDK的作用：提供一套完整的工具，让你在x86电脑上开发ARM设备的软件。
• 关键目录分工：
  • x86_64-pokysdk-linux：存放工具链（编译器、链接器）。
  • aarch64-poky-linux：存放目标系统的资源（头文件、库）。
• 为什么需要两个架构：
  • x86_64：工具链需要运行在你的电脑上。
  • aarch64：编译出的程序需要运行在ARM设备上。