上位机知识篇---四种CPU架构交叉编译

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前言

本文简单介绍了一下，目前常见的四种CPU架构和交叉编译。
通过交叉编译工具链，开发者可以在一种架构的机器上为其他架构生成可执行文件，极大提高了开发效率。

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一、四种 CPU 架构

1. x86/x86_64

指令集

指令集：CISC（复杂指令集）。

位宽：

x86：32 位。
x86_64：64 位（兼容 32 位）。

应用场景

应用场景：PC、服务器、高性能计算。

编译工具

GCC：
gcc -m32 -o program32 program.c  # 编译为 32 位程序
gcc -m64 -o program64 program.c  # 编译为 64 位程序

Clang：
clang -m32 -o program32 program.c
clang -m64 -o program64 program.c

2. ARM

指令集

指令集：RISC（精简指令集）。

位宽：

ARMv7：32 位。
ARMv8：64 位。

应用场景

应用场景：移动设备、嵌入式系统、物联网。

编译工具

GCC（ARM 工具链）：
arm-linux-gnueabi-gcc -o program program.c  # 32 位 ARM
aarch64-linux-gnu-gcc -o program program.c  # 64 位 ARM

Clang：
clang --target=arm-linux-gnueabi -o program program.c  # 32 位 ARM
clang --target=aarch64-linux-gnu -o program program.c  # 64 位 ARM

3. MIPS

指令集

指令集：RISC（精简指令集）。

位宽

位宽：

MIPS32：32 位。
MIPS64：64 位。

应用场景

应用场景：嵌入式系统、网络设备（如路由器）。

编译工具

GCC（MIPS 工具链）：
mips-linux-gnu-gcc -o program program.c  # 32 位 MIPS
mips64-linux-gnuabi64-gcc -o program program.c  # 64 位 MIPS

Clang：
clang --target=mips-linux-gnu -o program program.c  # 32 位 MIPS
clang --target=mips64-linux-gnuabi64 -o program program.c  # 64 位 MIPS

4. RISC-V

指令集

指令集：RISC（精简指令集），开源设计。

位宽

位宽：

RV32：32 位。
RV64：64 位。

应用场景

应用场景：嵌入式系统、学术研究、新兴硬件。

编译工具

编译工具

GCC（RISC-V 工具链）：
riscv64-unknown-elf-gcc -o program program.c  # 64 位 RISC-V
riscv32-unknown-elf-gcc -o program program.c  # 32 位 RISC-V

Clang：
clang --target=riscv64 -o program program.c  # 64 位 RISC-V
clang --target=riscv32 -o program program.c  # 32 位 RISC-V

二、交叉编译

1. 什么是交叉编译？

定义

定义：在一种架构的机器上编译生成另一种架构的可执行文件。

应用场景

应用场景：

1. 开发嵌入式系统（如 ARM 设备）。
2. 为不同平台构建软件（如 x86 主机为 ARM 设备编译程序）。

2. 交叉编译工具链

命名规则：架构-系统-编译器，例如：

arm-linux-gnueabi-gcc：ARM 架构，Linux 系统，GCC 编译器。
riscv64-unknown-elf-gcc：RISC-V 架构，嵌入式系统，GCC 编译器。

3. 交叉编译步骤

(1) 安装工具链

Debian/Ubuntu：
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabi gcc-aarch64-linux-gnu
sudo apt install gcc-mips-linux-gnu gcc-riscv64-linux-gnu

CentOS/RHEL：
sudo yum install gcc-arm-linux-gnu gcc-aarch64-linux-gnu
sudo yum install gcc-mips-linux-gnu gcc-riscv64-linux-gnu

(2) 编写代码

// hello.c
#include <stdio.h>int main() {printf("Hello, Cross-Compilation!\n");return 0;
}

(3) 交叉编译

ARM 32 位：
arm-linux-gnueabi-gcc -o hello_arm hello.c

ARM 64 位：
aarch64-linux-gnu-gcc -o hello_arm64 hello.c

MIPS 32 位：
mips-linux-gnu-gcc -o hello_mips hello.c

RISC-V 64 位：
riscv64-unknown-linux-gnu-gcc -o hello_riscv hello.c

(4) 验证可执行文件

file hello_arm
#输出示例：ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked...

4. 运行交叉编译的程序

模拟器：使用 QEMU 模拟目标架构运行程序。

sudo apt install qemu-user
qemu-arm ./hello_arm
qemu-aarch64 ./hello_arm64
qemu-mips ./hello_mips
qemu-riscv64 ./hello_riscv
目标设备：将可执行文件传输到目标设备运行。

三、总结

架构 指令集 位宽 编译工具 交叉编译工具链
x86/x86_64 CISC 32/64 位 GCC、Clang 无需交叉编译
ARM RISC 32/64 位 GCC、Clang arm-linux-gnueabi-gcc 等
MIPS RISC 32/64 位 GCC、Clang mips-linux-gnu-gcc 等
RISC-V RISC 32/64 位 GCC、Clang riscv64-unknown-elf-gcc 等

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