交叉編譯器

1. gnueabi相關的兩個交叉編譯器: gnueabi和gnueabihf 
在debian源裏這兩個交叉編譯器的定義如下: 
gcc-arm-linux-gnueabi – The GNU C compiler for armel architecture 
gcc-arm-linux-gnueabihf – The GNU C compiler for armhf architecture 
可見這兩個交叉編譯器適用於armel和armhf兩個不同的架構, armel和armhf這兩種架構在對待浮點運算採取了不同的策略(有fpu的arm才能支持這兩種浮點運算策略)
其實這兩個交叉編譯器只不過是gcc的選項-mfloat-abi的默認值不同. gcc的選項-mfloat-abi有三種值soft,softfp,hard(其中後兩者都要求arm裏有fpu浮點運算單元,soft與後兩者是兼容的，但softfp和hard兩種模式互不兼容)： 
soft   : 不用fpu進行浮點計算，即使有fpu浮點運算單元也不用,而是使用軟件模式。 
softfp : armel架構(對應的編譯器爲gcc-arm-linux-gnueabi)採用的默認值，用fpu計算，但是傳參數用普通寄存器傳，這樣中斷的時候，只需要保存普通寄存器，中斷負荷小，但是參數需要轉換成浮點的再計算。 
hard   : armhf架構(對應的編譯器gcc-arm-linux-gnueabihf)採用的默認值，用fpu計算，傳參數也用fpu中的浮點寄存器傳，省去了轉換, 性能最好，但是中斷負荷高。

把以下測試使用的c文件內容保存成mfloat.c： 
#include <stdio.h> 
int main(void) 
{ 
double a,b,c; 
a = 23.543; 
b = 323.234; 
c = b/a; 
printf(“the 13/2 = %f\n”, c); 
printf(“hello world !\n”); 
return 0; 
}
1)使用arm-linux-gnueabihf-gcc編譯，使用“-v”選項以獲取更詳細的信息: 
# arm-linux-gnueabihf-gcc -v mfloat.c 
COLLECT_GCC_OPTIONS=’-v’ ‘-march=armv7-a’ ‘-mfloat-abi=hard’ ‘-mfpu=vfpv3-d16′ ‘-mthumb’ 
-mfloat-abi=hard，可看出使用hard硬件浮點模式。
2)使用arm-linux-gnueabi-gcc編譯: 
# arm-linux-gnueabi-gcc -v mfloat.c 
COLLECT_GCC_OPTIONS=’-v’ ‘-march=armv7-a’ ‘-mfloat-abi=softfp’ ‘-mfpu=vfpv3-d16′ ‘-mthumb’ 
-mfloat-abi=softfp，可看出使用softfp模式。
2、VFP (vector floating-point) 
從ARMv5開始，就有可選的 Vector Floating Point (VFP) 模塊，當然最新的如 Cortex-A8, Cortex-A9 和 Cortex-A5 可以配置成不帶VFP的模式供芯片廠商選擇。 
VFP經過若干年的發展，有VFPv2 (一些 ARM9 / ARM11)、 VFPv3-D16（只使用16個浮點寄存器，默認爲32個）和VFPv3+NEON (如大多數的Cortex-A8芯片) 。對於包含NEON的ARM芯片，NEON一般和VFP公用寄存器。
硬浮點Hard-float 
編譯器將代碼直接編譯成發射給硬件浮點協處理器（浮點運算單元FPU）去執行。FPU通常有一套額外的寄存器來完成浮點參數傳遞和運算。 
使用實際的硬件浮點運算單元FPU當然會帶來性能的提升。因爲往往一個浮點的函數調用需要幾個或者幾十個時鐘週期。
軟浮點 Soft-float 
編譯器把浮點運算轉換成浮點運算的函數調用和庫函數調用，沒有FPU的指令調用，也沒有浮點寄存器的參數傳遞。浮點參數的傳遞也是通過ARM寄存器或者堆棧完成。 
現在的Linux系統默認編譯選擇使用hard-float，即使系統沒有任何浮點處理器單元，這就會產生非法指令和異常。因而一般的系統鏡像都採用軟浮點以兼容沒有VFP的處理器。
armel ABI和armhf ABI 
在armel中，關於浮點數計算的約定有三種。以gcc爲例，對應的-mfloat-abi參數值有三個：soft,softfp,hard。 
soft是指所有浮點運算全部在軟件層實現，效率當然不高，會存在不必要的浮點到整數、整數到浮點的轉換，只適合於早期沒有浮點計算單元的ARM處理器； 
softfp是目前armel的默認設置，它將浮點計算交給FPU處理，但函數參數的傳遞使用通用的整型寄存器而不是FPU寄存器； 
hard則使用FPU浮點寄存器將函數參數傳遞給FPU處理。 
需要注意的是，在兼容性上，soft與後兩者是兼容的，但softfp和hard兩種模式不兼容。
默認情況下，armel使用softfp，因此將hard模式的armel單獨作爲一個abi，稱之爲armhf。 
而使用hard模式，在每次浮點相關函數調用時，平均能節省20個CPU週期。對ARM這樣每個週期都很重要的體系結構來說，這樣的提升無疑是巨大的。 
在完全不改變源碼和配置的情況下，在一些應用程序上，使用armhf能得到20%——25%的性能提升。對一些嚴重依賴於浮點運算的程序，更是可以達到300%的性能提升。
Soft-float和hard-float的編譯選項 
在CodeSourcery gcc的編譯參數上，使用-mfloat-abi=name來指定浮點運算處理方式。-mfpu=name來指定浮點協處理的類型。 
可選類型如fpa，fpe2，fpe3，maverick，vfp，vfpv3，vfpv3-fp16，vfpv3-d16，vfpv3-d16-fp16，vfpv3xd，vfpv3xd-fp16，neon，neon-fp16，vfpv4，vfpv4-d16，fpv4-sp-d16，neon-vfpv4等。 
使用-mfloat-abi=hard (等價於-mhard-float) -mfpu=vfp來選擇編譯成硬浮點。使用-mfloat-abi=softfp就能兼容帶VFP的硬件以及soft-float的軟件實現，運行時的連接器ld.so會在執行浮點運算時對於運算單元的選擇， 
是直接的硬件調用還是庫函數調用，是執行/lib還是/lib/vfp下的libm。-mfloat-abi=soft （等價於-msoft-float）直接調用軟浮點實現庫。
在ARM RVCT工具鏈下，定義fpu模式： 
–fpu softvfp 
–fpu softvfp+vfpv2 
–fpu softvfp+vfpv3 
–fpu softvfp+vfpv_fp16 
–fpu softvfp+vfpv_d16 
–fpu softvfp+vfpv_d16_fp16.
定義浮點運算類型 
–fpmode ieee_full : 所有單精度float和雙精度double的精度都要和IEEE標準一致，具體的模式可以在運行時動態指定； 
–fpmode ieee_fixed ： 舍入到最接近的實現的IEEE標準，不帶不精確的異常； 
–fpmode ieee_no_fenv ：舍入到最接近的實現的IEEE標準，不帶異常； 
–fpmode std ：非規格數flush到0、舍入到最接近的實現的IEEE標準，不帶異常； 
–fpmode fast ： 更積極的優化，可能會有一點精度損失。
3、NEON浮點編譯
NEON:SIMD(Single Instruction Multiple Data 單指令多重數據) 指令集， 其針對多媒體和訊號處理程式具備標準化的加速能力。
VFP: (Vector Float Point), 向量浮點運算單元，arm11（s3c6410 支持VFPv2），Cortex-A8（s5pv210）支持VFPv3.
NEON和VFPv3 浮點協處理器共享寄存器組，所以在彙編時，指令是一樣的。
編譯選項：
-mfpu = name（neon or vfpvx）指定FPU 單元
-mfloat-abi = name（soft、hard、 softfp）：指定軟件浮點或硬件浮點或兼容軟浮點調用接口
如果只指定 -mfpu，那麼默認編譯不會選擇選擇硬件浮點指令集
如果只指定 -mfloat-abi = hard或者softfp，那麼編譯會使用硬件浮點指令集
測試C文件

[cpp] view plain copy 
 
int main(void)  
{  
    float f1, f2, f3;  
    f1 = 1.2;  
    f2 = 1.3;  
    f3 = f1 / f2;  
    return 0;  
}  

1、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=neon

[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .fpu softvfp  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .global __aeabi_fdiv  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    stmfd   sp!, {fp, lr}  
    .save {fp, lr}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #4  
    add fp, sp, #4  
.LCFI1:  
    .pad #16  
    sub sp, sp, #16  
.LCFI2:  
    ldr r3, .L3 @ float  
    str r3, [fp, #-16]  @ float  
    ldr r3, .L3+4   @ float  
    str r3, [fp, #-12]  @ float  
    ldr r0, [fp, #-16]  @ float  
    ldr r1, [fp, #-12]  @ float  
    bl  __aeabi_fdiv  
    mov r3, r0  
    str r3, [fp, #-8]   @ float  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    sub sp, fp, #4  
    ldmfd   sp!, {fp, pc}  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

2、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=vfp
[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .fpu softvfp  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .global __aeabi_fdiv  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    stmfd   sp!, {fp, lr}  
    .save {fp, lr}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #4  
    add fp, sp, #4  
.LCFI1:  
    .pad #16  
    sub sp, sp, #16  
.LCFI2:  
    ldr r3, .L3 @ float  
    str r3, [fp, #-16]  @ float  
    ldr r3, .L3+4   @ float  
    str r3, [fp, #-12]  @ float  
    ldr r0, [fp, #-16]  @ float  
    ldr r1, [fp, #-12]  @ float  
    bl  __aeabi_fdiv  
    mov r3, r0  
    str r3, [fp, #-8]   @ float  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    sub sp, fp, #4  
    ldmfd   sp!, {fp, pc}  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

可以看到上面兩個例子，使用的是 .fpu softvfp

3、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=neon -mfloat-abi=hard
[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .eabi_attribute 27, 3  
    .eabi_attribute 28, 1  
    .fpu neon  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    @ link register save eliminated.  
    str fp, [sp, #-4]!  
    .save {fp}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #0  
    add fp, sp, #0  
.LCFI1:  
    .pad #20  
    sub sp, sp, #20  
.LCFI2:  
    flds    s15, .L3  
    fsts    s15, [fp, #-16]  
    flds    s15, .L3+4  
    fsts    s15, [fp, #-12]  
    flds    s14, [fp, #-16]  
    flds    s15, [fp, #-12]  
    fdivs   s15, s14, s15  
    fsts    s15, [fp, #-8]  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    add sp, fp, #0  
    ldmfd   sp!, {fp}  
    bx  lr  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

4、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp

[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .eabi_attribute 27, 3  
    .fpu neon  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    @ link register save eliminated.  
    str fp, [sp, #-4]!  
    .save {fp}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #0  
    add fp, sp, #0  
.LCFI1:  
    .pad #20  
    sub sp, sp, #20  
.LCFI2:  
    flds    s15, .L3  
    fsts    s15, [fp, #-16]  
    flds    s15, .L3+4  
    fsts    s15, [fp, #-12]  
    flds    s14, [fp, #-16]  
    flds    s15, [fp, #-12]  
    fdivs   s15, s14, s15  
    fsts    s15, [fp, #-8]  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    add sp, fp, #0  
    ldmfd   sp!, {fp}  
    bx  lr  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

5、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=vfpv3 -mfloat-abi=softfp

[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .eabi_attribute 27, 3  
    .fpu vfpv3  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    @ link register save eliminated.  
    str fp, [sp, #-4]!  
    .save {fp}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #0  
    add fp, sp, #0  
.LCFI1:  
    .pad #20  
    sub sp, sp, #20  
.LCFI2:  
    flds    s15, .L3  
    fsts    s15, [fp, #-16]  
    flds    s15, .L3+4  
    fsts    s15, [fp, #-12]  
    flds    s14, [fp, #-16]  
    flds    s15, [fp, #-12]  
    fdivs   s15, s14, s15  
    fsts    s15, [fp, #-8]  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    add sp, fp, #0  
    ldmfd   sp!, {fp}  
    bx  lr  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

6、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfpu=vfpv3 -mfloat-abi=hard

[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .eabi_attribute 27, 3  
    .eabi_attribute 28, 1  
    .fpu vfpv3  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    @ link register save eliminated.  
    str fp, [sp, #-4]!  
    .save {fp}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #0  
    add fp, sp, #0  
.LCFI1:  
    .pad #20  
    sub sp, sp, #20  
.LCFI2:  
    flds    s15, .L3  
    fsts    s15, [fp, #-16]  
    flds    s15, .L3+4  
    fsts    s15, [fp, #-12]  
    flds    s14, [fp, #-16]  
    flds    s15, [fp, #-12]  
    fdivs   s15, s14, s15  
    fsts    s15, [fp, #-8]  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    add sp, fp, #0  
    ldmfd   sp!, {fp}  
    bx  lr  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

從上面可以看到，使用softfp和hard使用的指令集是一樣的，都是硬件浮點， neon和vfp的區別，僅僅體現在.fpu vfpv3和.fpu neon.

7、 arm-eabi-gcc  -S hello.c -mfloat-abi=hard
[cpp] view plain copy 
 
    .arch armv5te  
    .eabi_attribute 27, 3  
    .eabi_attribute 28, 1  
    .fpu vfp  
    .eabi_attribute 20, 1  
    .eabi_attribute 21, 1  
    .eabi_attribute 23, 3  
    .eabi_attribute 24, 1  
    .eabi_attribute 25, 1  
    .eabi_attribute 26, 2  
    .eabi_attribute 30, 6  
    .eabi_attribute 18, 4  
    .file   "hello.c"  
    .text  
    .align  2  
    .global main  
    .type   main, %function  
main:  
    .fnstart  
.LFB0:  
    @ args = 0, pretend = 0, frame = 16  
    @ frame_needed = 1, uses_anonymous_args = 0  
    @ link register save eliminated.  
    str fp, [sp, #-4]!  
    .save {fp}  
.LCFI0:  
    .setfp fp, sp, #0  
    add fp, sp, #0  
.LCFI1:  
    .pad #20  
    sub sp, sp, #20  
.LCFI2:  
    flds    s15, .L3  
    fsts    s15, [fp, #-16]  
    flds    s15, .L3+4  
    fsts    s15, [fp, #-12]  
    flds    s14, [fp, #-16]  
    flds    s15, [fp, #-12]  
    fdivs   s15, s14, s15  
    fsts    s15, [fp, #-8]  
    mov r3, #0  
    mov r0, r3  
    add sp, fp, #0  
    ldmfd   sp!, {fp}  
    bx  lr  
.L4:  
    .align  2  
.L3:  
    .word   1067030938  
    .word   1067869798  
.LFE0:  
    .fnend  
    .size   main, .-main  
    .ident  "GCC: (Sourcery G++ Lite 2009q3-67) 4.4.1"  
    .section    .note.GNU-stack,"",%progbits  

當直接使用-mfloat-abi=hard時，會默認使用.fpu vfp硬件浮點。

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