淺析gcc、arm-linux-gcc和arm-elf-gcc的關(guān)系

The GNU Compiler Collection，通常簡(jiǎn)稱(chēng) GCC，是一套由 GNU 開(kāi)發(fā)的編譯器集，為什么是編輯器集而不是編譯器呢？那是因為它不僅支持 C 語(yǔ)言編譯，還支持 C++， Ada，Objective C 等許多語(yǔ)言。另外 GCC 對硬件平臺的支持，可以所無(wú)所不在，它不僅支持 X86處理器架構, 還支持 ARM, Motorola 68000, Motorola 8800，AtmelAVR，MIPS 等處理器架構。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201611/319970.htm

二、GCC的組成結構

GCC 內部結構主要由 Binutils、gcc-core、Glibc 等軟件包組成。

1. Binutils：它是一組開(kāi)發(fā)工具，包括連接器，匯編器和其他用于目標文件和檔案的工具。關(guān)于 Binutils 的介紹可以參考 Binutils 簡(jiǎn)單介紹。這個(gè)軟件包依賴(lài)于不同的目標機的平臺。因為不同目標機的指令集是不一樣的，比如 arm 跟 x86 就不一樣。
2. gcc-core：顧明之意是 GCC 的核心部分，這部分是只包含 c 的編譯器及公共部分，而對其他語(yǔ)言（C++、Ada 等）的支持包需要另外安裝，這也是 GCC 為何如此強大的重要原因 。gcc-core依賴(lài)于 Binutils。
3. Glibc：包含了主要的 c 庫，這個(gè)庫提供了基本的例程，用于分配內存，搜索目錄，讀寫(xiě)文件，字符串處理等等。kernel 和 bootloader不需要這個(gè)庫的支持。

舉例描述下上面 3 個(gè)包是如何進(jìn)行運作的。有一個(gè) c 源文件 test.c 源碼如下：

編譯命令為： gcc -o test test.c 編譯生成 test 可執行文件。gcc 編譯流程分為四個(gè)步驟：預處理、編譯 、匯編、鏈接。個(gè)人認為預處理和編譯主要由 gcc-core 來(lái)完成，匯編和鏈接主要由 Binutils 來(lái)完成。那么何時(shí)用到 glibc 呢？看到源碼中的 printf 函數沒(méi)有，這個(gè)函數在 GCC 中是以庫函數的形式存在，這個(gè)庫函數在 glibc 庫中，在 stdio.h 頭文件中被聲明。
總的來(lái)說(shuō)，如果真正了解了上面 3 個(gè)軟件包的作用，自然就明白 GCC 是如何工作的。

三、交叉編譯

交叉編譯（或交叉建立）是這樣一種過(guò)程，它在一種機器結構下編譯的軟件將在另一種完全不同的機器結構下執行。一個(gè)常見(jiàn)的例子是在 PC 機上為運行在基于 ARM、PowerPC或 MIPS 的目標機的編譯軟件。幸運的是，GCC 使得這一過(guò)程所面臨的困難要比聽(tīng)起來(lái)小得多。GCC 中的一般工具通常都是通過(guò)在命令行上調用命令（如 gcc）來(lái)執行的。在使用交叉編譯的情況下，這些工具將根據它編譯的目標而命名。例如，要使用交叉工具鏈為 ARM 機器編譯簡(jiǎn)單的 Hello World 程序，你可以運行如下所示的命令：使用如下命令編譯并測試這個(gè)代碼：arm-linux-gcc -o hello hello.c。

四、arm-linux-gcc

arm-linux-gcc 是基于 ARM 目標機的交叉編譯軟件，arm-linux-gcc 跟 GCC 所需的安裝包不同，但僅僅是名字不同而已，這是為什么呢？

x86 跟 ARM 所使用的指令集是不一樣的，所以所需要的 binutils 肯定不一樣；上面提到過(guò) gcc-core 是依賴(lài)于 binutils 的，自然 ARM 跟 x86 所使用的 gcc-core 包也不一樣；glibc 一個(gè) c 庫，最終是以庫的形式存在于編譯器中，自然 ARM 所使用的 glibc 庫跟 x86 同樣也不一樣，其它的依此類(lèi)推。

五、arm-elf-gcc

arm-elf-gcc 跟 arm-linux-gcc 一樣，也是是基于 ARM 目標機的交叉編譯軟件。但是它們不是同一個(gè)交叉編譯軟件，兩者是有區別的，兩者區別主要在于使用不同的 C 庫文件。arm-linux-gcc 使用 GNU 的 Glibc，而 arm-elf-gcc 一般使用 uClibc/uC-libc 或者使用 RedHat專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統的開(kāi)發(fā)的C庫newlib。只是所應用的領(lǐng)域不同而已，Glibc是針對PC開(kāi)發(fā)的，uClibc/uC-libc是與Glibc API兼容的小型化C語(yǔ)言庫，實(shí)現了Glibc部分功能。

六、uClibc/uC-libc

uClinux有兩個(gè)經(jīng)常使用的libc庫：uC-libc和uClibc。雖然兩者名字很相似，其實(shí)有差別，下面就簡(jiǎn)單的介紹一下二者的不同之處。uC -libc是最早為uClinux開(kāi)發(fā)的庫，是Jeff Dionne和Kenneth Albanowski為在EKLs項目中支持m68000在Linux-8086 C庫源碼上移植的。uC-libc是一個(gè)完全的libc實(shí)現，但其中有一些api是非標準的，有些libc的標準也沒(méi)有實(shí)現。uC-libc穩定地支持 m68000，ColdFire和沒(méi)有MMU的ARM。其主要設計目標是“小”、“輕”，并盡量與標準一致，雖然它的API和很多libc兼容，但是似乎并不像它期望的那樣和所有標準一致。

uClibc就是為了解決這個(gè)問(wèn)題從uC-libc中發(fā)展出來(lái)的。它的所有API都是標準的(正確的返回類(lèi)型，參數等等)，它彌補了uC-libc中沒(méi)有實(shí)現的libc標準，現在已經(jīng)被移植到多種架構中。一般來(lái)講，它盡量兼容glibc以便使應用程序用uClibc改寫(xiě)變的容易。uClibc能夠在標準的 VM linux和uClinux上面使用。為了應用程序的簡(jiǎn)潔，它甚至可以在許多支持MMU的平臺上被編譯成共享庫。Erik Anderson在uClibc背后做了很多的工作。uClibc支持許多系列的處理器：m68000，Coldfire，ARM，MIPS，v850， x86，i960，Sparc，SuperH，Alpha，PowerPC和Hitachi 8。不斷增加的平臺支持顯示uClibc能夠很容易的適應新的架構。uClinux發(fā)行版提供了環(huán)境能夠讓你選擇使用uC-libc或是uClibc編譯。對于m68000和Coldfire平臺來(lái)說(shuō)，選擇uC-libc還是稍微好一點(diǎn)，因為它支持共享庫，而共享庫是這些cpu經(jīng)常使用的 libc。uClibc也幾乎和所有的平臺都能很好的工作。

newlib 是一個(gè)用于嵌入式系統的開(kāi)放源代碼的C語(yǔ)言程序庫，由libc和libm兩個(gè)庫組成，特點(diǎn)是輕量級，速度快，可移植到很多CPU結構上。newlib實(shí)現了許多復雜的功能，包括字符串支持，浮點(diǎn)運算，內存分配(如malloc)和I/O流函數(printf，fprinf()等等)。其中libc提供了c 語(yǔ)言庫的實(shí)現，而libm提供了浮點(diǎn)運算支持。

七、C語(yǔ)言庫的選擇

在為ARM交叉編譯gcc編譯器時(shí)，對gcc指定不同的配置選項時(shí)，使用的C語(yǔ)言庫就不同，gcc編譯器默認使用Glibc，也可以使用 uClibc/uC-libc(基本兼容Glibc API)，當使用--with-newlib時(shí)，gcc編譯器不使用Glibc。當沒(méi)有交叉編譯Glibc時(shí)，可以使用--with-newlib禁止連接Glibc而編譯bootstrap gcc編譯器。從gcc源目錄下的config/arm中的t-linux和t-arm-elf中可以看出，不同的--target也影響gcc連接C語(yǔ)言庫，t-linux(--target=arm-linux)默認使用Glibc，-arm-elf(--target=arm-elf)使用- Dinhibit_libc禁止連接Glibc，這時(shí)我們就可以使用newlib等其他C語(yǔ)言庫編譯GCC工具鏈。

雖然GCC工具鏈配置了不同的的C語(yǔ)言庫，但由于這些C語(yǔ)言庫都可以用來(lái)支持GCC，它們對核心數據的處理上不存在較大出入。因而arm-linux-* 和 arm-elf-*區別主要表現在C語(yǔ)言庫的實(shí)現上，例如不同系統調用，不同的函數集實(shí)現，不同的ABI/啟動(dòng)代碼以及不同系統特性等微小的差別。

arm-linux-*和 arm-elf-*的使用沒(méi)有一個(gè)絕對的標準，排除不同庫實(shí)現的差異，gcc可以編譯任何系統。arm-linux-*和 arm-elf-*都可以用來(lái)編譯裸機程序和操作系統，只是在遵循下面的描述時(shí)系統程序顯得更加協(xié)調：

• arm-linux-*針對運行linux的ARM機器，其依賴(lài)于指定的C語(yǔ)言庫Glibc，因為同樣使用Glibc的linux而使得arm-linux-*在運行linux的ARM機器上編譯顯得更加和諧。
• arm-elf-*則是一個(gè)獨立的編譯體系，不依賴(lài)于指定的C語(yǔ)言庫Glibc，可以使用newlib等其他C語(yǔ)言庫，不要求操作系統支持，當其使用為嵌入式系統而設計的一些輕巧的C語(yǔ)言庫時(shí)編譯裸機程序(沒(méi)有linux等大型操作系統的程序)，如監控程序，bootloader等能使得系統程序更加小巧快捷。