MDGSF Software Engineer

如何选取 android 系统上的编译工具链

2020-07-23

先介绍一些基础背景知识。

  1. Intel. 我们一般买的电脑都是 Intel 的 CPU。
  2. AMD. AMD 是 Intel 的最大竞争对手。AMD 的 CPU 一般也用在电脑上。
  3. ARM. ARM 的芯片一般用在手机、平板上。我的手机就是高通骁龙的。

ARM 有两层含义:

  1. ARM. 是一家半导体芯片设计研发的企业。
  2. ARM. 是与 x86 平级的 CPU 架构。

ARM CPU 架构与 x86 CPU 架构的区别:

  1. ARM CPU 架构使用 RISC(精简指令集)。
  2. x86 CPU 架构使用 CISC(复杂指令集)。

每个 CPU 都会实现一套指令集,也叫做 Instruction Set Architecture,简称 ISA

标题上的这些名字表示的是不同平台的 CPU 架构。

  1. armarm32armv7 是 32 位 ARMv7 架构。
  2. arm64aarch64 是 64 位 ARMv8 架构。
  3. x86i386i686 是 32 位 Intel x86 架构。
  4. x86_64amd64 是 64 位 Intel x86 架构。

现在的手机和电脑一般都是 64 位的,所以如果要给手机编译一个软件,一般使用 aarch64 类型的交叉编译工具链。

交叉编译工具链三元组格式介绍

Triple 三元组格式:

{arch}-{vendor}-{sys}-{abi}

明明是 4 个项,不知道为什么叫三元组。

例子:

arm-unknown-linux-gnueabihf
  • 架构(architecture):arm。
  • 供应商(vendor):unknown。这里 unknown 就是未指定供应商或者是不重要。
  • 系统(system):linux。
  • ABI:gnueabihf。gnueabihf 表示系统使用 glibc 作为其 C 标准库 libc 实现, 并且具有硬件加速浮点算法。

然后有的 triple 三元组会把供应商(vendor)ABI 给省略掉。例如:

x86_64-apple-darwin
  • 架构(architecture):x86_64。
  • 供应商(vendor):apple。
  • 系统(system):darwin。

那我们要怎么确定我们要用哪一个呢?

  • 架构(architecture):在 UNIX 系统上,我们可以使用 uname -m 查看。
  • 供应商(vendor):Linux 通常是 unknown,Windows 是 pc,OSX/IOS 是 apple
  • 系统(system):在 UNIX 系统上,我们可以使用 uname -s 查看。
  • ABI:Linux 上可以使用 ldd --version 查看。Mac 和 *BSD 忽略这个选项。Windows 是 gnumsvc

因为我们是要给 64 位的 android 系统使用,所以一定要有 aarch64android 出现,这样就可以排除掉其他不可以使用的了。 下面我们看具体要怎么选。

android 编译工具链

你可以从 ndk 下载 地址下载最新的 ndk。目前最新的稳定版本是 r21b。 我这里是 ubuntu 系统,所以下载 android-ndk-r21b-linux-x86_64.zip 这个压缩包。 解压之后得到 android-ndk-r21b 这个目录,比如就解压到 HOME 目录 /home/huangjian 下面。

我们可以编写一个如下的编译脚本,来编译最简单的 hello world 的 cpp 程序。

export NDK=/home/huangjian/android-ndk-r21b
export TOOLCHAIN=$NDK/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64
export TARGET=aarch64-linux-android
export API=29

export AR=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET-ar
export AS=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET-as
export CC=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET$API-clang
export CXX=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET$API-clang++
export LD=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET-ld
export RANLIB=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET-ranlib
export STRIP=$TOOLCHAIN/bin/$TARGET-strip

echo 'AR = '$AR
echo 'AS = '$AS
echo 'CC = '$CC
echo 'CXX = '$CXX
echo 'LD = '$LD
echo 'RANLIB = '$RANLIB
echo 'STRIP = '$STRIP

$CC hello.cpp -o hello

我们可以看到在目录 /home/huangjian/android-ndk-r21b/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin 下面,有非常多的不同 CPU 架构的编译器,我们需要选择其中一个来使用。上面的编译脚本中, 我们选择的是 aarch64-linux-android29-clang。数字 29 是 API 的级别,详见 什么是 API 级别?

aarch64-linux-android21-clang       armv7a-linux-androideabi23-clang    ld.lld
aarch64-linux-android21-clang++     armv7a-linux-androideabi23-clang++  lldb-argdumper
aarch64-linux-android22-clang       armv7a-linux-androideabi24-clang    llvm-addr2line
aarch64-linux-android22-clang++     armv7a-linux-androideabi24-clang++  llvm-ar
aarch64-linux-android23-clang       armv7a-linux-androideabi26-clang    llvm-as
aarch64-linux-android23-clang++     armv7a-linux-androideabi26-clang++  llvm-cfi-verify
aarch64-linux-android24-clang       armv7a-linux-androideabi27-clang    llvm-config
aarch64-linux-android24-clang++     armv7a-linux-androideabi27-clang++  llvm-cov
aarch64-linux-android26-clang       armv7a-linux-androideabi28-clang    llvm-dis
aarch64-linux-android26-clang++     armv7a-linux-androideabi28-clang++  llvm-lib
aarch64-linux-android27-clang       armv7a-linux-androideabi29-clang    llvm-link
aarch64-linux-android27-clang++     armv7a-linux-androideabi29-clang++  llvm-modextract
aarch64-linux-android28-clang       bisect_driver.py                    llvm-nm
aarch64-linux-android28-clang++     clang                               llvm-objcopy
aarch64-linux-android29-clang       clang++                             llvm-objdump
aarch64-linux-android29-clang++     clang-check                         llvm-profdata
aarch64-linux-android-addr2line     clang-cl                            llvm-ranlib
aarch64-linux-android-ar            clang-format                        llvm-readelf
aarch64-linux-android-as            clang-tidy                          llvm-readobj
aarch64-linux-android-c++filt       clang-tidy.real                     llvm-size
aarch64-linux-android-dwp           dsymutil                            llvm-strings
aarch64-linux-android-elfedit       git-clang-format                    llvm-strip
aarch64-linux-android-gprof         i686-linux-android16-clang          llvm-symbolizer
aarch64-linux-android-ld            i686-linux-android16-clang++        sancov
aarch64-linux-android-ld.bfd        i686-linux-android17-clang          sanstats
aarch64-linux-android-ld.gold       i686-linux-android17-clang++        scan-build
aarch64-linux-android-nm            i686-linux-android18-clang          scan-view
aarch64-linux-android-objcopy       i686-linux-android18-clang++        x86_64-linux-android21-clang
aarch64-linux-android-objdump       i686-linux-android19-clang          x86_64-linux-android21-clang++
aarch64-linux-android-ranlib        i686-linux-android19-clang++        x86_64-linux-android22-clang
aarch64-linux-android-readelf       i686-linux-android21-clang          x86_64-linux-android22-clang++
aarch64-linux-android-size          i686-linux-android21-clang++        x86_64-linux-android23-clang
aarch64-linux-android-strings       i686-linux-android22-clang          x86_64-linux-android23-clang++
aarch64-linux-android-strip         i686-linux-android22-clang++        x86_64-linux-android24-clang
arm-linux-androideabi-addr2line     i686-linux-android23-clang          x86_64-linux-android24-clang++
arm-linux-androideabi-ar            i686-linux-android23-clang++        x86_64-linux-android26-clang
arm-linux-androideabi-as            i686-linux-android24-clang          x86_64-linux-android26-clang++
arm-linux-androideabi-c++filt       i686-linux-android24-clang++        x86_64-linux-android27-clang
arm-linux-androideabi-dwp           i686-linux-android26-clang          x86_64-linux-android27-clang++
arm-linux-androideabi-elfedit       i686-linux-android26-clang++        x86_64-linux-android28-clang
arm-linux-androideabi-gprof         i686-linux-android27-clang          x86_64-linux-android28-clang++
arm-linux-androideabi-ld            i686-linux-android27-clang++        x86_64-linux-android29-clang
arm-linux-androideabi-ld.bfd        i686-linux-android28-clang          x86_64-linux-android29-clang++
arm-linux-androideabi-ld.gold       i686-linux-android28-clang++        x86_64-linux-android-addr2line
arm-linux-androideabi-nm            i686-linux-android29-clang          x86_64-linux-android-ar
arm-linux-androideabi-objcopy       i686-linux-android29-clang++        x86_64-linux-android-as
arm-linux-androideabi-objdump       i686-linux-android-addr2line        x86_64-linux-android-c++filt
arm-linux-androideabi-ranlib        i686-linux-android-ar               x86_64-linux-android-dwp
arm-linux-androideabi-readelf       i686-linux-android-as               x86_64-linux-android-elfedit
arm-linux-androideabi-size          i686-linux-android-c++filt          x86_64-linux-android-gprof
arm-linux-androideabi-strings       i686-linux-android-dwp              x86_64-linux-android-ld
arm-linux-androideabi-strip         i686-linux-android-elfedit          x86_64-linux-android-ld.bfd
armv7a-linux-androideabi16-clang    i686-linux-android-gprof            x86_64-linux-android-ld.gold
armv7a-linux-androideabi16-clang++  i686-linux-android-ld               x86_64-linux-android-nm
armv7a-linux-androideabi17-clang    i686-linux-android-ld.bfd           x86_64-linux-android-objcopy
armv7a-linux-androideabi17-clang++  i686-linux-android-ld.gold          x86_64-linux-android-objdump
armv7a-linux-androideabi18-clang    i686-linux-android-nm               x86_64-linux-android-ranlib
armv7a-linux-androideabi18-clang++  i686-linux-android-objcopy          x86_64-linux-android-readelf
armv7a-linux-androideabi19-clang    i686-linux-android-objdump          x86_64-linux-android-size
armv7a-linux-androideabi19-clang++  i686-linux-android-ranlib           x86_64-linux-android-strings
armv7a-linux-androideabi21-clang    i686-linux-android-readelf          x86_64-linux-android-strip
armv7a-linux-androideabi21-clang++  i686-linux-android-size             yasm
armv7a-linux-androideabi22-clang    i686-linux-android-strings
armv7a-linux-androideabi22-clang++  i686-linux-android-strip

Rust 交叉编译工具链选择

下面列出 Rust 支持的交叉编译平台:

$ rustc --print target-list | pr -tw100 --columns 3
aarch64-fuchsia                  i686-pc-windows-msvc             sparc-unknown-linux-gnu
aarch64-linux-android            i686-unknown-cloudabi            sparc64-unknown-linux-gnu
aarch64-pc-windows-msvc          i686-unknown-freebsd             sparc64-unknown-netbsd
aarch64-unknown-cloudabi         i686-unknown-haiku               sparc64-unknown-openbsd
aarch64-unknown-freebsd          i686-unknown-linux-gnu           sparcv9-sun-solaris
aarch64-unknown-hermit           i686-unknown-linux-musl          thumbv6m-none-eabi
aarch64-unknown-linux-gnu        i686-unknown-netbsd              thumbv7a-pc-windows-msvc
aarch64-unknown-linux-musl       i686-unknown-openbsd             thumbv7em-none-eabi
aarch64-unknown-netbsd           i686-unknown-uefi                thumbv7em-none-eabihf
aarch64-unknown-none             i686-uwp-windows-gnu             thumbv7m-none-eabi
aarch64-unknown-none-softfloat   i686-uwp-windows-msvc            thumbv7neon-linux-androideabi
aarch64-unknown-openbsd          i686-wrs-vxworks                 thumbv7neon-unknown-linux-gnueab
aarch64-unknown-redox            mips-unknown-linux-gnu           thumbv7neon-unknown-linux-muslea
aarch64-uwp-windows-msvc         mips-unknown-linux-musl          thumbv8m.base-none-eabi
aarch64-wrs-vxworks              mips-unknown-linux-uclibc        thumbv8m.main-none-eabi
arm-linux-androideabi            mips64-unknown-linux-gnuabi64    thumbv8m.main-none-eabihf
arm-unknown-linux-gnueabi        mips64-unknown-linux-muslabi64   wasm32-unknown-emscripten
arm-unknown-linux-gnueabihf      mips64el-unknown-linux-gnuabi64  wasm32-unknown-unknown
arm-unknown-linux-musleabi       mips64el-unknown-linux-muslabi64 wasm32-wasi
arm-unknown-linux-musleabihf     mipsel-unknown-linux-gnu         x86_64-apple-darwin
armebv7r-none-eabi               mipsel-unknown-linux-musl        x86_64-fortanix-unknown-sgx
armebv7r-none-eabihf             mipsel-unknown-linux-uclibc      x86_64-fuchsia
armv4t-unknown-linux-gnueabi     mipsisa32r6-unknown-linux-gnu    x86_64-linux-android
armv5te-unknown-linux-gnueabi    mipsisa32r6el-unknown-linux-gnu  x86_64-linux-kernel
armv5te-unknown-linux-musleabi   mipsisa64r6-unknown-linux-gnuabi x86_64-pc-solaris
armv6-unknown-freebsd            mipsisa64r6el-unknown-linux-gnua x86_64-pc-windows-gnu
armv6-unknown-netbsd-eabihf      msp430-none-elf                  x86_64-pc-windows-msvc
armv7-linux-androideabi          nvptx64-nvidia-cuda              x86_64-rumprun-netbsd
armv7-unknown-cloudabi-eabihf    powerpc-unknown-linux-gnu        x86_64-sun-solaris
armv7-unknown-freebsd            powerpc-unknown-linux-gnuspe     x86_64-unknown-cloudabi
armv7-unknown-linux-gnueabi      powerpc-unknown-linux-musl       x86_64-unknown-dragonfly
armv7-unknown-linux-gnueabihf    powerpc-unknown-netbsd           x86_64-unknown-freebsd
armv7-unknown-linux-musleabi     powerpc-wrs-vxworks              x86_64-unknown-haiku
armv7-unknown-linux-musleabihf   powerpc-wrs-vxworks-spe          x86_64-unknown-hermit
armv7-unknown-netbsd-eabihf      powerpc64-unknown-freebsd        x86_64-unknown-hermit-kernel
armv7-wrs-vxworks-eabihf         powerpc64-unknown-linux-gnu      x86_64-unknown-illumos
armv7a-none-eabi                 powerpc64-unknown-linux-musl     x86_64-unknown-l4re-uclibc
armv7a-none-eabihf               powerpc64-wrs-vxworks            x86_64-unknown-linux-gnu
armv7r-none-eabi                 powerpc64le-unknown-linux-gnu    x86_64-unknown-linux-gnux32
armv7r-none-eabihf               powerpc64le-unknown-linux-musl   x86_64-unknown-linux-musl
asmjs-unknown-emscripten         riscv32i-unknown-none-elf        x86_64-unknown-netbsd
hexagon-unknown-linux-musl       riscv32imac-unknown-none-elf     x86_64-unknown-openbsd
i586-pc-windows-msvc             riscv32imc-unknown-none-elf      x86_64-unknown-redox
i586-unknown-linux-gnu           riscv64gc-unknown-linux-gnu      x86_64-unknown-uefi
i586-unknown-linux-musl          riscv64gc-unknown-none-elf       x86_64-uwp-windows-gnu
i686-apple-darwin                riscv64imac-unknown-none-elf     x86_64-uwp-windows-msvc
i686-linux-android               s390x-unknown-linux-gnu          x86_64-wrs-vxworks
i686-pc-windows-gnu

我们可以直接搜索和 android 相关的:

$ rustc --print target-list | grep android
aarch64-linux-android
arm-linux-androideabi
armv7-linux-androideabi
i686-linux-android
thumbv7neon-linux-androideabi
x86_64-linux-android
  • aarch64 是 64 位的 ARM CPU 架构。
  • arm 是 32 位的 ARM CPU 架构。
  • armv7 是 32 位的 ARM CPU 架构。
  • i686 是 32 位的 x86 CPU 架构。
  • x86_64 是 64 位的 x86 CPU 架构。
  • thumbv7neon 不认识。

很明显我们就是选择第一个 aarch64-linux-android

然后我们需要安装下这个平台的开发环境:

rustup target add aarch64-linux-android

安装好之后在 ~/.cargo/config 文件里面添加如下内容:

[target.aarch64-linux-android]
linker = "/home/huangjian/android-ndk-r21b/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/aarch64-linux-android29-clang"

这里的 linker 填写的就是我们前面下载的 android 交叉编译工具目录下的编译器路径。

编译命令如下:

cargo build --target=aarch64-linux-android

资源链接

  • https://developer.android.com/ndk
  • https://developer.android.com/ndk/guides/other_build_systems
  • https://github.com/japaric/rust-cross

weixingongzhonghao

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