交叉编译问题记录－嵌入式环境下 GDB 的使用方法

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本文以嵌入式 Linux 环境下的 gdb 使用为例，记录交叉编译过程中一个比较关键的问题：configure 过程中 --build, --host, --target 参数的区别。

1. 交叉编译

交叉编译是指在一种平台上编译出运行于另一种平台的程序。这里的平台，涉及硬件和软件两个部分，硬件平台指 CPU 架构，软件平台指操作系统。交叉编译主要针对嵌入式领域，因为嵌入式系统资源受限，没有办法在嵌入式平台上运行一套编译环境，因此需要在其他性能更强劲的平台上借助交叉编译工具链来制作可在嵌入式平台上运行的程序。

交叉编译与普通编译基本步骤一样：

[1] configure
在编译前进行配置。如果 --host 参数与 --build 参数不同，则是交叉编译。否则就是普通编译。

[2] make
编译。根据 configure 配置生成的参数，调用相应的编译工具链编译生成目标程序。

[3] make install
安装。将 make 生成的目标程序安装到指定目录。如果不运行 make install，手动拷贝到指定目录即可。

1.1 --build --host --target

看一下 configure 步骤中 --build、--host 和 --target 三个参数的定义，下面在 gdb 源码目录运行 './configure --help'

./configure --help
System types:
  --build=BUILD     configure for building on BUILD [guessed]
  --host=HOST       cross-compile to build programs to run on HOST [BUILD]
  --target=TARGET   configure for building compilers for TARGET [HOST]

源码经过编译生成可执行程序。根据执行编译操作的平台、可执行程序的运行平台、可执行的程序的处理平台，可以将编译操作分为多种类型，对应的三个配置参数如下：

--build：运行编译工具链的平台，也就是正在执行编译操作的平台。如果未指定此参数，则通过 config.guess 猜测得到。通常都不指定此参数。

--host：可执行程序将运行的平台。如果未指定此函数，则和 --build 相同。如果 --host 和 --build 不同，是交叉编译；否则是普通编译。

--target：可执行程序将处理的平台。如果未指定此函数，则和 --host 相同。一般来说，程序运行在什么平台，处理的就是什么平台，此参数值和 --host 参数相同，不需显式指定所以通常不会关注到此参数。但在制作交叉编译工具 (如 gcc、gdb 等) 这种特殊情况的时候下，此值和 --host 不同，例如编译生成 arm-linux-gcc 程序，它运行在 x86-linux 平台 (--host 参数)，但处理的是 arm-linux 平台 (--target 参数)。如果是交叉编译一个普通的应用，如运行于 arm-linux 平台的 tftp 程序，则它的运行平台和处理平台都是 arm-linux 平台。

1.2 三种编译类型

再啰嗦总结一下。编译类型可以分为三种：(假设交叉编译工具链安装在 x86-linux 平台，待编译的目标嵌入式平台为 arm-linux 平台，这里仅为了说明意图，平台命名并不严谨)

[1] 编译 PC 平台普通程序
一般执行如下形式的配置命令：

./configure

将缺省的参数补全，实际等效于如下命令：

./configure --build=x86_linux --host=x86_linux --target=x86_linux

[2] 编译交叉编译工具链
交叉编译工具链的特别之处在于，它在 x86-linux 平台上运行，处理的却是 arm-linux 平台。制作交叉编译工具链并不需要使用交叉编译。一般执行如下形式的配置命令：

./configure --target=arm_linux

将缺省的参数补全，实际等效于如下命令：

./configure --build=x86_linux --host=x86_linux --target=arm_linux

[3] 交叉编译嵌入式平台程序
生成嵌入式平台的程序需要用用到交叉编译。一般执行如下形式的配置命令：

./configure --host=arm_linux

将缺省的参数补全，实际等效于如下命令：

./configure --build=x86_linux --host=arm_linux --target=arm_linux CC=arm-linux-gcc

实际上，如果我们要制作运行于嵌入式平台的编译工具(比如 gcc、gdb 等)，也可以先执行上面的配置命令然后交叉编译得到目标应用程序，但是生成的 gcc、gdb 工具基本上无法在目标嵌入式平台上正常运行，因为硬件带不动，所以嵌入式平台的编译工具链是按 [2] 中的方法制作 ，而不是按 [3] 中的方法制作。

2. GDB 交叉编译与使用实例

嵌入式平台中使用 GDB 时会用到 GDB 的远程 (remote) 调试模式：在目标板上通过 gdbserver 运行待调试的程序，在宿主机上运行 gdb 并通过 'target remote [ip]:[port]' 来连接到目标板上的 gdbserver，从而启动远程调试。各种调试命令在宿主机上输入，程序执行效果(包括打印)在目标板上展示，这很容易理解，因为正在调试的程序本来就是在目标板上运行的。不在目标板上直接运行 gdb 进行调试是因为目标板硬件配置低，跑不动 gdb，当然，不排除某些嵌入式平台的性能很强劲，能够正常运行 gdb。当嵌入式平台的硬件越来越强大时，嵌入式平台与通用计算机平台的界限也越来越模糊，实际情况也正是这样，硬件性能越来越强悍，资源短缺的问题越来越淡化，这种发展形势下，嵌入式技术的日薄西山成为必然的结果。

搭建嵌入式平台下的 gdb 调试环境，对理解前面交叉编译过程中的 --build、--host 和 --target 三个参数非常用帮助。

2.1 环境描述

虚拟机：CPU：x86_64，系统：openSUSE Leap 42.3，IP：192.168.202.240
开发板：CPU：mips mt7688，系统：openwrt linux，IP：192.168.202.141
虚拟机上安装的 C 交叉编译器为 mipsel-openwrt-linux-gcc，即交叉编译工具链的前缀为 mipsel-openwrt-linux。

2.2 下载源码

从 ftp://ftp.gnu.org/gnu/gdb 下载最新版源码 gdb-8.2.tar.gz，解压：

tar zxvf ./gdb-8.2.tar.gz
cd gdb-8.2

2.3 编译 gdb

编译 gdb：

cd gdb-8.2
./configure --target=mipsel-openwrt-linux
make

gdb 运行在虚拟机上，所以它不需要交叉编译。--build 和 --host 参数留空，实际使用的是虚拟机的平台参数。gdb 虽运行在虚拟机上，但它处理的是开发板平台的程序，所以指定 --target 为 mipsel-openwrt-linux，值取的是交叉编译工具链前缀。

2.4 交叉编译 gdbserver

编译 gdbserver：

cd gdb-8.2/gdb/gdbserver
./configure --host=mipsel-openwrt-linux CC=mipsel-openwrt-linux-gcc

gdbserver 运行在开发板上，所以需要交叉编译。--build 参数留空，实际使用的是虚拟机的平台参数。--host 参数指定虚拟机平台，值为 mipsel-openwrt-linux。--target 参数留空，所以它的聚值将等于 --host 参数值。

开发板：开发板 IP 是 192.168.202.141，则输入下述任一条指令皆可

gdbserver :1234 test
gdbserver 127.0.0.1:1234 test
gdbserver 192.168.202.141:1234 test

2.5 以 remote 方式使用 gdb

主机：首先在 SHELL 命令行里运行 gdb 应用

./gdb

运行上一条命令后，SHELL 将进入 gdb 模式，下列几条指令中'(gdb) '是提示符：

(gdb) target remote 192.168.202.141
(gdb) b main.c:55
(gdb) c

上面第一条是远程连接到开发板上的 gdbserver。连接之后，就是正常使用了。第二条是设置断点。第三条是运行程序，注意待调试的程序实际已在开发板上运行了，所以要使用'c'指令，不能使用 'r' 指令，如果输入 'r' 指令，可以看到提示 remote 模式下不支持 'r' 指令：

(gdb) r
The "remote" target does not support "run".  Try "help target" or "continue".

3. 遗留问题

交叉编译过程中，一般使用交叉编译工具链的前缀作 --host 及 --target 的值；--build 参数一般不指定，编译时自动推测。这些都是在实践层面，一般就算写错了，试一试都能编译通过。而对平台描述的定义，即 --build、--host 及 --target 的值的具体取值规则，我没有找到正式的出处和定义，是的，网上没查到。

4. 参考资料

嵌入式 Linux 的 GDB 调试环境建立
Python Exception 异常信息
QT 远程调试 ARM 板中 python 的问题

5. 修改记录

2019-04-11 初稿