系統軟件工程師實戰攻略（體系結構篇）

前言

這個世界上，須要玩虛的；也須要玩實的；

活命須要玩實的。但不必定活的好；不必定活的開心；但能夠活下去。

最高境界是玩虛的；但前提是銀行賬號裏銀子要是實在的。。。

《系統軟件工程師實戰攻略（體系結構篇）》 的目的爲嵌入式系統工程師，網絡工程師，提供一些體系結構實戰案例。目的是活命。全部的代碼都是實踐調試過的，具備產品級別的質量。版權是BSD License。換言之，隨便重用。

這些東東對大遼，大宋的工程師們，菸酒生們都適用。

之後再整《系統軟件工程師實戰攻略（操做系統篇）》和《系統軟件工程師實戰攻略（網絡篇）》

而後就封筆了。

但願有所幫助，

陳懷臨，2011 12 8 ，加州

如何作一個交叉編譯器（cross compiler）和工具鏈

要玩嵌入式，玩CPU和板子，首先要學會定製一個交叉編譯器。交叉編譯器是啥意思呢？ 其實就是在你的研發的機器上（例如一個x86機器） ，作研發，寫代碼。而後用這個編譯器去產生相應的代碼（例如，MIPS，Arm，或者PowerPC，或者龍芯。。。。。。）

GCC和ToolChain包括gcc，gdb，tools三大塊。源碼均可以從GNU去下載。而後本身修改和定作。

相關的下載地址爲：

GCC： http://gcc.gnu.org/releases.html

GDB： http://www.gnu.org/s/gdb/download/

binutil：http://www.gnu.org/software/binutils/

libc： http://sourceware.org/newlib/

下面是一個完整的script能夠用來作MIPS，PowerPC，ARM和任何其餘目標CPU的cross compiler。我作的這些東東是2004年作和整理的。能夠看見各類版本與目前最新的偏低了。

/*

* Copyright (c) 2011, Huailin Chen

* All rights reserved.

*

* Redistribution and use in source and binary forms, with or without

* modification, are permitted provided that the following conditions

* are met:

* 1. Redistributions of source code must retain the above copyright

*    notice, this list of conditions and the following disclaimer.

* 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright

*    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the

*    documentation and/or other materials provided with the distribution.

* 3. All advertising materials mentioning features or use of this software

*    must display the following acknowledgement:

*      This product includes software developed by

*      the Huailin Chen and its contributors.

* 4. Neither the name of the Huailin Chen nor the names of its

*    contributors may be used to endorse or promote products derived from

*    this software without specific prior written permission.

*

* THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS 「AS IS」 AND

* ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE

* IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE

* ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE

* FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL

* DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS

* OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)

* HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT

* LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY

* OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF

* SUCH DAMAGE.

*

* Creation Date: 1／14／2004

* Author: Huailin Chen huailin@gmail.com

*

* $Id: build_script,v 1.1 2004/05/07 17:41:48 huailin Exp $

*/

########################################

PWD =

CPU =

########################################

#把下載的各個package展開後放在一個gnu_download目錄裏

#4個子目錄，分別存放gcc，gdb，libc和binutil的原文件

BINUTILS_DIR =./gnu_download/binutils-2.9.1

GCC_DIR =./gnu_download/gcc-2.95.1

LIBC_DIR =./gnu_download/newlib-1.8.2

GDB_DIR =./gnu_download/gdb-5.0

###################################

TARGET_ARM =arm-elf

TARGET_MIPS_ELF=mips-elf

TARGET_PPC_EABI_ELF=powerpc-eabi

TARGET_SH_ELF =arm-elf

#TARGET_AMD

#TARGET_ALPHA

#TARGET_IA32

###################################

#PREFIX目錄是最後的結果存放目錄。要事先建好

#

PREFIX=$(PWD)/../arch/$(CPU)/tool-chain

TARGET = $(TARGET_ARM)

####################################

mkdir build-binutils build-gcc build-newlib build-gdb

cd build-binutils

$(BINUTILS_DIR)/configure –target=$(TARGET) –prefix=$(PREFIX) -v

make all install

pwd

# Configure, build and install gcc

cd build-gcc

$(GCC_DIR)/configure –target=$(TARGET) –prefix=$(PREFIX) –with-newlib  –with-headers=$(PWD)/gnu_download/$(LIBC)/newlib/libc/include –with-gnu-as –with-gnu-ld –enable-languages=」c」

-v

make all install

#Configure, build and install libc

pwd

cd ../build-newlib

$(LIBC_DIR)/configure –target=$(TARGET) –prefix=$(PREFIX) -v

make all install

#Configure, build and install gdb

pwd

cd ../build-gdb

$(GDB_DIR)/configure –target=$(TARGET) –prefix=$(PREFIX) -v

make all install

#Clear history directory/files

pwd

cd ..

rm -rf build-*

如何掌握一個CPU的ABI（Application Binary Interface）

在體系結構中，一般會說一個CPU的結構（Architecture），一個CPU的微結構（Micro－Architecture）。

是啥意思呢？

結構的意思就是那些程序員能看見的東東；微結構就是程序員不（太）須要關心的東西。

對能看得見的結構部分（例如，通用寄存器，控制寄存器，狀態寄存器，中斷或者例外寄存器）的使用方法，或者說編程模式，就是所謂的ABI。

掌握一個CPU的ABI，或者說編程界面，是一個基本功。是必須的。淺顯說，就是那些寄存器的用法，分佈和使用約定。

定義一個處理器的ABI，也是作編譯器設計的第一個環節。筆者曾經設計過一個網絡處理器的GCC的後端target。設計的第一個事情其實就是設計寄存器的約定。

這個章節裏，主要具體談如何掌握MIPS，PowerPC，Arm和x86的ABI。

一些相關的中文參考資料以下：

《PowerPC and Linux Kernel Inside》， 陳懷臨，2002

《MIPS CPU 體系結構概述，Linux/MIPS內核》（上），陳懷臨，張富新，2002

《MIPS CPU 體系結構概述，Linux/MIPS內核》（下），陳懷臨，張富新，2002

《Linux PowerPC詳解:核心篇》， 王齊， 2008［有沒有網上電子版？］

《Arm 體系結構》，李曦