带你阅读linux内核源码:通俗讲解编译器、交叉编译器和大小端

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本文内容包括：

• 编译器和交叉编译器的介绍
• 交叉编译器的命名规则
• 如何交叉编译C代码
• 大端、小端的通俗讲解
• 如何判断你的系统是大端系统还是小端系统

要学习linux内核开发，编译器或者交叉编译器是绕不过去的坎。

编译器的作用是把人类容易标识的程序代码转换为机器所理解的机器代码，那交叉编译器呢？

交叉编译器也是实现类似的功能，只不过，咳咳，此处划重点：

编译器生下的孩子（编译出来的二进制文件）是自己的（能在编译器所在硬件平台上运行），

而交叉编译器生下的孩子（编译出来的二进制文件）是别人的（不能在交叉编译器所在的硬件平台上运行）。

为什么会有交叉编译器一说呢？

因为早期的嵌入式硬件（比如）arm的性能较低，不适合在上面进行程序编译这种耗费cpu的任务，所以，交叉编译器应用而生了：我们在pc机上（pc机是x86架构）安装arm的交叉编译器，并（在pc机上）编译出能在arm体系上运行的二进制代码，这就是交叉编译器所做的事情。

了解这个历史原因之后，可能会有脑子灵光的童鞋提问：

现在arm的性能已经有了大幅提升，还需要交叉编译器吗？

答案是：需要。

有些arm的linux系统中，已经可以使用gcc，可以编译一些比较上层的应用，但是这是有一个前提的：那就是linux系统已经run起来了。那如果arm的板子连linux内核都没有，你怎么使用gcc？另外linux内核是需要提前做好的，如果arm系统都没有起来，怎么编译linux内核？ 你只能通过在PC机上进行交叉编译。

以上就是关于交叉编译器的作用的介绍，接下来我们看一下交叉编译器的命名规则。

交叉编译工具链的命名规则一般为：

$arch [-$vendor] -$os [-[gnu][eabi][hf]]-gcc

• arch - 体系架构，如arm，mips等，不可省略
• vendor - 工具链提供商，可省略
• os - 目标操作系统，不可省略
• eabi - 嵌入式应用二进制接口（Embedded Application Binary Interface），可选的参数包括：

abi: 二进制应用接口。

eabi: 嵌入式二进制应用接口，主要针对嵌入式平台。

gnu: 加gnu表示编译器使用的是gnu glibc的库

el：表示使用软浮点处理单元(softfp)。其实在armel中，关于浮点数计算的约定有三种。以gcc为例，对应的-mfloat-abi参数值有三个：soft,softfp,hard。soft是指所有浮点运算全部在软件层实现，效率当然不高，会存在不必要的浮点到整数、整数到浮点的转换，只适合于早期没有浮点计算单元的ARM处理器；softfp是目前armel的默认设置，它将浮点计算交给FPU处理，但函数参数的传递使用通用的整型寄存器而不是FPU寄存器；hard则使用FPU浮点寄存器将函数参数传递给FPU处理。需要注意的是，在兼容性上，soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种模式不兼容，armel使用softfp，因此将hard模式的armel单独作为一个abi，称之为armhf

hf: 表示使用硬件浮点处理单元（hard）

以上就是交叉编译器的命名规则了，我们来看看几个例子吧：

arm-none-eabi-gcc：针对arm的裸机程序的gcc编译器，如果你在arm板子上直接运行c程序，可能需要这个。

arm-uclinux-gcc：针对arm的uclinux的交叉编译器

arm-linux-gcc ： 针对arm的linux的交叉编译器

arm-linux-gnueabi-gcc：针对arm的linux的交叉编译器，此编译器使用gnu glibc的库

arm-linux-gnueabihf-gcc：针对arm的linux的交叉编译器，此编译器使用硬件浮点处理浮运算。

arm-linux-gnueabiel-gcc：针对arm的linux的交叉编译器，此编译器使用软浮点处理浮点运算。

了解了交叉编译器之后，我们用它来编译一个最简单的程序。

代码如下：

#include <stdio.h>

void main()

{

printf("hello arm");

}

在pc上编译：

# arm-linux-gnueabi-gcc -o main main.c

在pc上运行：

root@ubuntu:/home/jinxin/app# ./main

bash: ./main: cannot execute binary file: Exec format error

运行出错了，为什么呢？

因为当前pc是x86架构，而刚刚编译出来的二进制文件是arm格式的：

root@ubuntu:/home/jinxin/app# file main

main: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=ec9b455a1c1df94060c7364d0efc42975207fca9, not stripped

如果想要正常运行，需要把编译出来的二进制代码拷贝到arm的板子上去运行。

以上的输出，有一个需要强调的地方：LSB

这里的LSB是干什么的呢？接下来我们就来看看大小端。

大端和小端主要描述了数据在内存里的存储的顺序。

大端模式，是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中；

小端模式，是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中；

比如：

x86是小端模式，而网络字节序是大端模式。所以，专门出了网络字节序和主机字节序之间的转换接口（ntohs、htons、ntohl、htonl）。以上的LSB，全称Least Significant Bi，表示可执行文件是小端格式的。

而arm则支持大小端模式，但是同一时刻只能支持一种，一般情况下，arm配置为大端模式，这也是跟x86分庭抗礼的意思。

针对arm，我再强调一下：如果arm硬件配置为大端，那么编译器要使用大端配置，内核、文件系统、应用程序也要编译为大端的格式。

那如何知道你的系统是大端还是小端呢？

一个最简单的测试你系统是大端还是小端的程序：

#include <stdio.h>

void main()

{

int a = 0x1234;

char b = *(char*)&a;

if(0x34 == b){

printf("your system is little endian\n");

} else {

printf("your system is big endian\n");

}

}

在我的pc上执行，输出：

root@ubuntu:/home/jinxin/app# ./endian

your system is little endian

以上基本内容，你学懂了吗？

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