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Linux 交叉编译

在嵌入式开发或多平台开发中，你经常会遇到一个问题：你在 PC 上写好代码，但目标设备的 CPU 架构（比如 ARM、MIPS）和操作系统环境与开发机不一样，这时你就不能直接用 gcc 编译后运行。这时，交叉编译（Cross Compilation）就派上用场了。

本文将带你从零了解 Linux 下的交叉编译，包括：

  • 什么是交叉编译，为什么要用它？
  • 交叉编译器的工作原理；
  • 如何获取交叉工具链；
  • 一个实际的 C 程序交叉编译示例；
  • 使用 CMake、Make 的交叉编译配置方法。

什么是交叉编译？​

简单来说，交叉编译是指在一个平台（如 x86 架构的 Ubuntu PC）上编译出能在另一个平台（如 ARM 架构的开发板）运行的程序。

这时候你使用的编译器就不是默认的 gcc，而是一个能生成 ARM 可执行文件的交叉编译器，例如：

arm-linux-gnueabihf-gcc
aarch64-linux-gnu-gcc

你可能会看到这些术语：

  • 主机（Host）：你运行编译器的那台机器（例如 x86 的 Linux PC）。
  • 目标（Target）：你希望最终程序运行的设备（如 ARM 的开发板）。
  • 构建（Build）：构建工具实际运行的平台（一般与 Host 相同）。

交叉编译器的原理​

交叉编译器是一种特殊的编译器，它的作用是：在主机平台生成目标平台的可执行程序。

它内部包含了一套为目标架构构建的：

  • 编译器（gcc、g++）；
  • 汇编器（as）；
  • 链接器（ld）；
  • 标准库（如 libc, libstdc++, libm 等）；
  • 系统头文件（如 unistd.h, stdio.h 等）。

这些工具通常被打包成一个工具链（toolchain），可以直接使用或下载。

如何获取交叉工具链？​

你可以使用多种方式获取交叉编译器工具链：

使用 Linux 包管理器​

在 Ubuntu 上安装一个面向 ARM 的工具链：

sudo apt update
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf

安装完之后，你可以使用：

arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello_arm

生成的 hello_arm 可以复制到 ARM 开发板上运行。

使用交叉工具链套件（如 Linaro）​

访问 https://releases.linaro.org 下载交叉工具链，解压后配置 PATH 环境变量：

export PATH=/path/to/toolchain/bin:$PATH

交叉编译一个简单的 C 程序​

假设你有一个 hello.c：

hello.c
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("你好，嵌入式世界！\n");
    return 0;
}

你可以用交叉编译器编译它：

arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello_arm

然后用 scp 或 U 盘等方式拷贝到你的 ARM 开发板，并运行它：

./hello_arm

你就能在开发板上看到输出啦！

使用 Make 进行交叉编译​

你可以编写一个简单的 Makefile：

Makefile
CC = arm-linux-gnueabihf-gcc
CFLAGS = -Wall

all: hello

hello: hello.c
	$(CC) $(CFLAGS) hello.c -o hello

clean:
	rm -f hello

然后运行：

make

就能自动完成编译。

使用 CMake 的交叉编译方式​

如果你项目使用 CMake 管理，那么你需要创建一个工具链文件 arm-toolchain.cmake：

arm-toolchain.cmake
SET(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
SET(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)

SET(CMAKE_C_COMPILER arm-linux-gnueabihf-gcc)
SET(CMAKE_CXX_COMPILER arm-linux-gnueabihf-g++)

然后在构建目录中这样运行：

cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../arm-toolchain.cmake
make

这样 CMake 就会使用你指定的交叉编译器啦！

常见问题排查​

问题原因及解决方式
编译成功但开发板运行报错检查目标架构是否一致，是否静态编译（避免依赖系统库）
无法找到交叉编译器命令检查 PATH 环境变量是否正确设置
动态库依赖缺失可使用 ldd 查看依赖，也可以考虑用 -static 静态链接
CMake 配置失败确保 CMAKE_SYSTEM_NAME 和编译器路径设置正确

小结​

通过本文，你了解了 Linux 下交叉编译的基础知识和实战流程，包括：

  • 什么是交叉编译，为什么需要；
  • 如何安装和使用交叉编译器；
  • 如何交叉编译 C 程序；
  • 如何用 Make 和 CMake 配置交叉编译项目；
  • 常见问题排查方法。

如果你在做嵌入式开发、物联网项目，或者需要将程序部署到其他架构设备上，交叉编译是你必须掌握的技能。