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Debian或Ubuntu静态交叉编译arm和aarch64

news 来源：原创 2024/5/20 4:30:22

Debian或Ubuntu静态交叉编译arm和aarch64

介绍
术语
ARM架构
前置条件
从源代码编译一个简单的C程序
configure和make交叉编译
关于静态链接和依赖关系
使用 musl libc 实现与 configure 和 make 进行交叉编译

ARM 正在获得越来越多的关注，并且越来越受欢迎。直接在这些基于 ARM 的设备上构建并不总是可能的，特别是当它们的资源有限时。大多数构建和开发计算机仍然在 x86 上，通过使用交叉编译，可以构建可在其他体系结构上使用的二进制文件或可执行文件。例如，使用您的标准 PC（很可能是 x86）来构建可在其他架构（例如 ARM）上的另一台机器或设备上使用的东西。在这篇文章中，我将解释如何使用 Debian 10 或 Ubuntu 20.04 LTS 对 32 位 ARM (arm) 或 64 位 ARM (aarch64) 进行交叉编译。静态编译的好处是减少依赖，方便移植。

在这里插入图片描述

介绍

对我来说，交叉编译功能最常用于构建在基于 Linux 的设备上未安装或不可用的故障排除工具。例如，具有自定义 Linux 版本的 Raspberry Pi、NAS、路由器或接入点等设备，没有安装附加软件包的选项或安装附加软件包的选项有限。挑选一些设备随机运行一些Linux常用命令，输出如下：

/ # telnet
/bin/sh: telnet: not found
/ # tcpdump
/bin/sh: telnet: not found
/ # strace
/bin/sh: strace: not found
/ # curl
/bin/sh: curl: not found

对于下面的步骤，我将使用 Debian 10 (Buster)，并且还将在 Ubuntu 20.04.1 (LTS) 上测试相同的步骤。所有步骤都经过验证可以在两者之间互换。两者的起点都是最小安装（标准系统实用程序 + SSH 服务器）。这可以确保，如果有人想要重复这些步骤，所有内容都是可重现的，并且不会跳过或遗漏任何已预安装的内容。

术语

在交叉编译中，需要使用以下令人困惑的术语：

构建平台：构建机器的架构
主机平台：您正在构建的架构
目标平台：将处理编译的二进制文件的体系结构

构建和主机或多或少是清晰的，但目标可能会令人困惑。简而言之，目标仅在使用开发工具（如编译器本身）时才相关。

在这里插入图片描述

当您为与正在使用的相同架构进行构建时，构建、主机和目标是相同的。这称为“本机”编译。如果构建和目标平台相同，但主机不同，那么我们正在讨论交叉编译，这是本文所讨论的。这三个平台都不同用于为另一种体系结构构建交叉编译器。

需要明确的是，在本文中，构建平台和目标平台是 x86_64（标准 PC），主机是 ARM 平台。我将介绍 32 位 ARM（armv6、armv7 或简称为 arm）和 64 位 ARM (aarch64)。

ARM架构

要找出需要编译哪一个（32 位或 64 位 ARM），最简单的方法是查看 uname -m 的输出。对于X86_64（标准PC），

jensd@deb10:~$ uname -m
x86_64

32位ARM，

[ap1:~]# uname -m
armv7l

64位ARM：

root@armv8:/ # uname -m
aarch64

前置条件

在开始编译之前，我们需要安装ARM交叉编译所需的软件包和工具。其中包括编译本机所需的标准工具。对于32位ARM(arm)：

jensd@deb10:~$ sudo apt install gcc make gcc-arm-linux-gnueabi binutils-arm-linux-gnueabi
Reading package lists... Done
Building dependency tree
...
Processing triggers for man-db (2.8.5-2) ...
Processing triggers for libc-bin (2.28-10) ...

对于64位ARM(aarch64)：

jensd@deb10:~$ sudo apt install gcc make gcc-aarch64-linux-gnu binutils-aarch64-linux-gnu
Reading package lists... Done
...
Processing triggers for man-db (2.8.5-2) ...
Processing triggers for libc-bin (2.28-10) ...

当然，如果您计划针对这两种架构进行编译，则可以安装 32 位和 64 位所需的编译器。

从源代码编译一个简单的C程序

一旦我们安装了先决条件，我们就可以尝试编译一个简单的 C 程序。首先，我们对要进行编译的 PC 进行所谓的本机编译，以确保我们的程序能够执行我们想要的操作。将源代码保存为 helloworld.c：

#include<stdio.h>
int main()
{printf("Hello World!\n");return 0;
}

本机（x86-64）编译源代码：

jensd@deb10:~$ vi helloworld.c
jensd@deb10:~$ gcc helloworld.c -o helloworld-x86_64

要查看编译结果的类型和平台，我们可以使用file工具检查输出：

jensd@deb10:~$ file helloworld.x86_64
helloworld.x86_64: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=f55972265cd343c3110a5d339d71caeed755c23e, not stripped

我们可以执行二进制文件来检查结果：

jensd@deb10:~$ ./helloworld-x86_64
Hello World!
jensd@deb10:~$

下一步是为 ARM 编译相同的源代码。我们只需使用不同的编译器（对于 32 位 ARM，使用 arm-linux-gnueabi-gcc 代替 gcc；对于 64 位 ARM 或 aarch64，使用 gcc-aarch64-linux-gnu）来完成此操作。32位ARM编译：

jensd@deb10:~$ arm-linux-gnueabi-gcc helloworld.c -o helloworld-arm -static
jensd@deb10:~$ file helloworld-arm
helloworld-arm: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), statically linked, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=971f8b03dcb473de2caa1abbb63990977c6478b3, not stripped

64位ARM编译：

jensd@deb10:~$ aarch64-linux-gnu-gcc helloworld.c -o helloworld-aarch64 -static
jensd@deb10:~$ file helloworld-aarch64
helloworld-aarch64: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 3.7.0, BuildID[sha1]=428239fafd78d5fd28dc400e913618817224ea50, not stripped

file命令行输出给了我们一个不同的结果，这是我们所期望的。正如预期的那样，尝试在构建机器 (x86_64) 上执行这些二进制文件将导致错误：

jensd@deb10:~$ ./helloworld-aarch64
-bash: ./helloworld-aarch64: cannot execute binary file: Exec format error
jensd@deb10:~$ ./helloworld-arm
-bash: ./helloworld-arm: cannot execute binary file: Exec format error

为了测试这是否有效，我们需要一台运行我们构建的架构的机器或设备：

root@armv8:/$ uname -a
Linux armv8 4.4.214-armada-17.10.1 #1 SMP Fri Jul 31 23:23:54 UTC 2020 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux
root@armv8:/$ uname -m
aarch64
root@armv8:/$ wget http://192.168.1.1/helloworld-aarch64
...
helloworld-aarch64 100% |******************************| 557k 0:00:00 ETA
...
root@armv8:/ # chmod +x helloworld-aarch64
root@armv8:/ # ./helloworld-aarch64
Hello World!

上面的输出显示，我们的小程序在交叉编译后在 ARM 上运行得很好！

configure和make交叉编译

上面的例子非常简单，但是当从较大的项目编译源代码时，通常是通过使用configure生成一个makefile，然后使用make运行编译和其他必要的步骤来完成的。要将 gcc 替换为另一个特定于目标平台的编译器将需要大量工作。幸运的是，大多数时候您可以在运行配置时指定要编译的平台。

作为示例，我将为 strace 的 ARM aarch64 创建一个二进制文件。为了避免出现与嵌入式 ARM 设备的依赖关系问题，我将提供静态选项（有关更多说明，请参阅下文）。

第一步是从 https://github.com/strace/strace/releases/tag/v5.10 获取 strace 的源代码并提取它：

jensd@deb10:~$ wget https://github.com/strace/strace/releases/download/v5.10/strace-5.10.tar.xz
...
strace-5.10.tar.xz    100%[===============>]   1.77M  2.49MB/s    in 0.7s
2021-01-26 16:57:20 (2.49 MB/s) - ‘strace-5.10.tar.xz’ saved [1859688/1859688]
jensd@deb10:~$ tar -xf strace-5.10.tar.xz
jensd@deb10:~$ cd strace-5.10/
jensd@deb10:~/strace-5.10$

下一步是运行配置。但这里我们需要指定构建和主机平台，以便我们最终得到 ARM 的二进制文件（静态链接）：

jensd@deb10:~/strace-5.10$ ./configure --build x86_64-pc-linux-gnu --host aarch64-linux-gnu LDFLAGS="-static -pthread" --enable-mpers=check
checking for a BSD-compatible install... /usr/bin/install -c
checking whether build environment is sane… yes
checking for aarch64-linux-gnu-strip... aarch64-linux-gnu-strip
...
config.status: creating strace.spec
config.status: creating debian/changelog
config.status: creating config.h
config.status: executing depfiles commands
jensd@deb10:~/strace-5.10$

此时，我们已准备好通过运行 make 来进行实际的交叉编译：

jensd@deb10:~/strace-5.10$ make
aarch64-linux-gnu-gcc -E -P -DHAVE_CONFIG_H   \
...
jensd@deb10:~/strace-5.10$ file strace
strace: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 3.7.0, BuildID[sha1]=db1ce4305df1dac73b81efe99847725d65ac9ab4, with debug_info, not stripped

正如您所看到的，我构建了这个用于 aarch64 的版本。如果您想对armv6或armv7执行相同的操作，只需在运行configure时将–host aarch64-linux-gnu替换为–host arm-linux-gnueabi即可。

为了使其正常工作，我传递给 ./configure 的标志和参数有一些额外的解释：

checking for library containing timer_create… no
configure: error: failed to find timer_create
was fixed by adding LDFLAGS=”-pthread”
checking for m32 personality compile support… no
checking whether to enable m32 personality support… no
configure: error: Cannot enable m32 personality support
was fixed by adding –enable-mpers=check

与小型 C 程序一样，是时候在 ARM 上测试编译后的二进制文件了：

root@armv8:/data $ uname -a
Linux armv8 4.4.214-armada-17.10.1 #1 SMP Fri Jul 31 23:23:54 UTC 2020 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux
root@armv8:/data $ uname -m
aarch64
root@armv8:/data $ wget http://192.168.1.1/strace 
...
strace               100%  |************************| 5989k  0:00:00 ETA
...
root@armv8:/data $ chmod +x strace
root@armv8:/data $ ./strace -V
strace -- version 5.10
Copyright (c) 1991-2020 The strace developers https://strace.io.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NOwarranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.Optional features enabled: no-m32-mpers

这使我们能够在随机的 aarch64 机器上简单地复制和使用 strace。

关于静态链接和依赖关系

正如我在一开始提到的，我主要使用交叉编译来构建故障排除工具。通常，您构建的平台是有限的。这可能是由于缺乏资源（例如嵌入式设备）造成的。但也因为预构建的软件包要么不可用，要么无法安装。在很多情况下，这也意味着为您正在构建的任何内容安装依赖项可能会出现问题。显然，这些依赖关系也必须针对同一架构构建。

如果您有这种限制，或者您只是希望二进制文件在该架构上运行。无需担心依赖项或可能已安装的这些依赖项的冲突（旧）版本，您可以使用静态链接。这意味着在构建时所有必需的依赖项都将包含在二进制文件本身中。

静态链接有一些缺点，因为它可能不安全（所包含的依赖项不会随系统更新），当执行较低级别系统调用的库和生成的二进制文件较大时，可能会导致不兼容。在构建故障排除工具时，我可以忍受这些事情，因为它们不适合长期使用。

在这里插入图片描述

虽然静态链接可能是您正在寻找的，但它并不总是那么容易实现。尤其是与交叉编译相结合，它会让你头疼。大多数工具都依赖于 libc 或 glibc，出于我在上一段中提到的充分理由，这不鼓励静态链接。幸运的是，有一个从头开始开发的 libc 实现，它允许对 libc 依赖项进行正确的静态链接：musl（发音为 musscle）。

使用 musl libc 实现与 configure 和 make 进行交叉编译

为了使用 musl，我们需要下载正确的版本进行交叉编译。您可以在这里找到完整列表：https://musl.cc/#binaries。

下载后，我们可以提取存档并测试这是否适用于我们的构建机器：

jensd@deb10:~$ wget https://musl.cc/aarch64-linux-musl-cross.tgz
...
aarch64-linux-musl-cross.tgz   100%[============>]   103.69M  6.81MB/s    in 16s
2021-01-27 15:19:55 (6.42 MB/s) - ‘aarch64-linux-musl-cross.tgz’ saved [108731156/108731156]
jensd@deb10:~$ tar -xvzf aarch64-linux-musl-cross.tgz
aarch64-linux-musl-cross/
aarch64-linux-musl-cross/usr
...
jensd@deb10:~$ ./aarch64-linux-musl-cross/bin/aarch64-linux-musl-gcc --version
aarch64-linux-musl-gcc (GCC) 10.2.1 20210116
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

接下来，我将为 aarch64 构建 TCPdump 的静态链接版本。当您需要记录、调查或排除网络连接故障时，它始终是一个方便使用的好工具。不幸的是，tcpdump 并不总是可用，或者在最好的情况下作为有限的 Busybox 版本。首先，我们需要安装一些必需的工具，这些工具由 tcpdump 用于构建过程：

jensd@deb10:~$ sudo apt install flex bison
Reading package lists... Done
Building dependency tree
...
Processing triggers for man-db (2.8.5-2) ...
Processing triggers for libc-bin (2.28-10) ...

接下来，我们需要下载 tcpdump 和 libpcap 的源代码并解压。您可以在这里找到最新版本：https://www.tcpdump.org/index.html#latest-releases

jensd@deb10:~$ wget https://www.tcpdump.org/release/libpcap-1.10.0.tar.gz
...
libpcap-1.10.0.tar.gz   100%[============>]   912.66K  1.51MB/s    in 0.6s
2021-01-27 15:20:22 (1.51 MB/s) - ‘libpcap-1.10.0.tar.gz’ saved [934559/934559]
jensd@deb10:~$ tar -xvzf libpcap-1.10.0.tar.gz
jensd@deb10:~$ wget https://www.tcpdump.org/release/tcpdump-4.99.0.tar.gz
...
tcpdump-4.99.0.tar.gz   100%[============>]   1.92M  2.57MB/s    in 0.7s
2021-01-27 15:21:36 (2.57 MB/s) - ‘tcpdump-4.99.0.tar.gz’ saved [2008080/2008080]
jensd@deb10:~$ tar -xvzf tcpdump-4.99.0.tar.gz

下载并解压源代码后，我们需要首先运行 libpcap 的配置脚本。只是这一次，我们需要将编译器设置为 musl-compiler 以进行交叉编译，方法是将 CC 设置为：aarch64-linux-musl-gcc：

jensd@deb10:~$ cd libpcap-1.10.0/
jensd@deb10:~/libpcap-1.10.0$ CC=/home/jensd/aarch64-linux-musl-cross/bin/aarch64-linux-musl-gcc ./configure --build x86_64-pc-linux-gnu --host aarch64-linux-gnu LDFLAGS="-static"
checking build system type... x86_64-pc-linux-gnu
checking host system type... aarch64-unknown-linux-gnu
...
config.status: creating config.h
config.status: executing default-1 commands

如果一切顺利，我们可以通过发出 make 来实际编译 libpcap：

jensd@deb10:~/libpcap-1.10.0$ make
...
config.status: creating pcap-config.tmp
mv pcap-config.tmp pcap-config
chmod a+x pcap-config

现在，我们可以对 tcpdump 本身重复相同的操作（./configure 和 make）。通过进行静态链接，将包含 libpcap，结果是单个二进制 tcpdump：

jensd@deb10:~/libpcap-1.10.0$ cd ../tcpdump-4.99.0/
jensd@deb10:~/tcpdump-4.99.0$ CC=/home/jensd/aarch64-linux-musl-cross/bin/aarch64-linux-musl-gcc ./configure --build x86_64-pc-linux-gnu --host aarch64-linux-gnu LDFLAGS="-static"
checking build system type... x86_64-pc-linux-gnu
checking host system type... aarch64-unknown-linux-gnu
checking for aarch64-linux-gnu-gcc... /home/jensd/aarch64-linux-musl-cross/bin/aarch64-linux-musl-gcc
checking whether the C compiler works... yes
...
config.status: creating Makefile
config.status: creating tcpdump.1
config.status: creating config.h
config.status: executing default-1 commands
jensd@deb10:~/tcpdump-4.99.0$ make
...
aarch64-linux-gnu-ranlib libnetdissect.a/home/jensd/aarch64-linux-musl-cross/bin/aarch64-linux-musl-gcc  -DHAVE_CONFIG_H   -I. -I../libpcap-1.10.0  -I/usr/inet6/include -g -O2 -static -o tcpdump fptype.o tcpdump.o  libnetdissect.a ../libpcap-1.10.0/libpcap.a
jensd@deb10:~/tcpdump-4.99.0$ file tcpdump
tcpdump: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (SYSV), statically linked, with debug_info, not stripped

正如您在最后一个命令中看到的，我们有静态链接的 tcpdump 二进制文件。如果一切顺利，我们应该能够在基于 aarch64 的机器上执行此操作，而无需任何进一步的依赖。

root@armv8:/$ uname -m
aarch64
root@armv8:/$ wget http://192.168.1.1/tcpdump
...
tcpdump   100%[============>]   6.73M  --.-KB/s    in 0.1s
2021-01-27 13:55:49 (52.5 MB/s) - 'tcpdump' saved [7061368/7061368]
root@armv8:/$ chmod +x tcpdump
root@armv8:/$ ./tcpdump -i eth0
tcpdump: verbose output suppressed, use -v[v]… for full protocol decode
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), snapshot length 262144 bytes
13:57:20.452643 IP 192.168.0.90.34020 > 192.168.1.10.9000: Flags [S], seq 3386726277, win 64240, options [mss 1460,sackOK,TS val 3092573417 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
13:57:20.452715 IP 192.168.1.10.9000 > 192.168.0.90.34020: Flags [S.], seq 3761157769, ack 3386726278, win 28960, options [mss 1460,sackOK,TS val 4397992 ecr 3092573417,nop,wscale 7], length 0
13:57:20.453325 IP 192.168.0.90.34020 > 192.168.1.10.9000: Flags [.], ack 1, win 502, options [nop,nop,TS val 3092573418 ecr 4397992], length 0
13:57:20.508762 IP 192.168.1.10.46819 > 8.8.8.8.53: 15310+ PTR? 90.0.168.192.in-addr.arpa. (43)^C
4 packets captured
23 packets received by filter
5 packets dropped by kernel
root@armv8:/$