Linux手機DIY.庫文件專題.交叉編譯的浮點問題

2024-06-10 11:30:27

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

linux手機DIY.庫文件專題.交叉編譯的浮點問題

草木瓜于 2006-11-9

一、序

軟件移植過程中，Linux操作系統的庫文件著實令人頭疼，這方面資料
也比較少。通過一段時間搜索查詢推敲，寫點總結吧，也算是有點成果。這
篇文章主要介紹在編譯過程的比較麻煩的浮點問題。

二、重要提示

    為了方便更好的理解本文，提供下面鏈結。
    全系列的文章地址，手機應用開發專欄：http://blog.csdn.net/liwei_cmg
    相關的重要成果的下載地址：http://play.younet.com/view.php?tid=24045

三、浮點問題的由來

MOTO E680 系列，夏新E600和飛利浦968 等等手機，皆使用Inter Xscale的
處理器，所采用的指令集也是armv5tel。

  E680G 版本信息
  Linux (none) 2.4.20_mvlcee30-mainstone #1 Jan 1,2003 armv5tel unknown
  E600 版本信息
  Linux c8k 2.4.19-rmk7-pxa2 #1 Thu Mar 23 17:56:36 CST 2006 armv5tel unknown
  968 版本信息
  Linux c8k 2.4.19-rmk7-pxa2 #1 Fri Dec 9 16:42:58 CST 2005 armv5tel unknown

    Inter Xscale這款新型高性能、低功耗的微構架兼容ARMv5TE ISA指令集，
不過不支持浮點指令集。這是為了節省處理器芯片體積和降低運行功耗，XScale
體系結構沒有實現昂貴的浮點運算部件和除法部件。這些是嵌入式應用中不常用
的運算。當需要這類運算時，要通過軟件方法實現。
  浮點運算要大大復雜于整數運算，沒有浮點運算單元會有什么問題？

    我們來看一個例子：
    E680/E680i/E680g CPU都是ARM系列的Intel xScale PAX270。MP3解碼有兩種
方式，一種是基于浮點運算(如MPG123)，另一種則是基于整數的，即libmad (MPEG
audio decoder library)。浮點的解碼，單精度浮點小數可以精確到小數點后45位，
不過要求CPU有FPU單元。由于E680系列本身的限制，只能使用軟浮點，libmad是用
的fixed-integer，通過整數模擬小數計算的，精度只能保留到小數點后第9位(大于
0的最小值0.00000000372529)。解碼精度和速度自然會有差異。因此這類手機音質
自然是不能與硬件解碼相比。也很少有EQ均衡器，即便通過軟件實現了，效果也不
是太好。

    此外流行的圖像處理、3D運算、視頻處理、音頻處理等諸多多媒體應用都會類
似的涉及浮點運算。沒有FPU單元就需要軟件支持，顯然犧牲了效率和質量。
    浮點運算能力是關系CPU多媒體、3D圖形處理的一個重要指標。
    我們構建編譯開發環境，就需要加入軟浮點支持，否則涉及浮點運算就會出錯。


四、庫文件格式

先看E680系列的庫文件格式。如libjpeg.so文件，用objdump -p顯示相關內容:
PRivate flags = 602: [APCS-32] [VFP float format] [software FP] [has entry point]

  顯然是software FP，不過使用的是VFP(Vector Float Point)矢量浮點格式。

  再看E600和968的庫文件格式：
  private flags = 202: [APCS-32] [FPA float format] [software FP] [has entry point]

    與E680相比，不同點在于使用的是FPA(Floating Point Arithmetic)浮點格式，
又一說為(Fixed Point Arithmetic)定點浮點運算。由于這方面知識空白，具體并
沒有仔細考證。

    當然除此兩種之外，還有一種格式
    private flags = 2 : [APCS-32] [FPA float format] [has entry point]
    這個自然是硬浮點格式了，不過如果在編譯過程中加上arm-nolibfloat patch
再在gcc參數加上-msoft-float，估計也是能生成軟浮點代碼，不過沒有親試。

理論上講，不管是哪種格式，在應用程序運行鏈接時都是可以的，不存在兼容
性的問題，但是要做編譯，庫文件是必須完全一致的。

以我手中的交叉編譯工具為例，當初是構建于E680G的VFP格式，我使用夏新
E600自帶的QTE庫(FPA soft FP)，編譯一個簡單的QTE程序，出現如下錯誤：

/home/gcc/toolchain/soft-arm-linux/gcc-3.3.2-glibc-2.3.2/bin/../lib/
gcc-lib/arm-linux/3.3.2/../../../../arm-linux/bin/ld: ERROR: /home/gcc/
toolchain/qt/lib/libqte-mt.so uses FPA instructions, whereas helloqt does not
/home/gcc/toolchain/soft-arm-linux/gcc-3.3.2-glibc-2.3.2/bin/../lib/
gcc-lib/arm-linux/3.3.2/../../../../arm-linux/bin/ld: failed to merge
target specific data of file /home/gcc/toolchain/qt/lib/libqte-mt.so
collect2: ld returned 1 exit status

這個編譯環境是用cross-tool-0.28編譯而成的，而且打了gcc-3.3.2的soft-
float patch，不過按patch說明，是應該可以生成FPA soft FP格式的編譯環境，而
結果卻是VFP soft FP，這個適用于E680系列，然不適用夏新E600和飛利浦968。

后來我在交叉編譯環境中把GCC_EXTRA_CONFIG的--with-float=soft選項去除
且把soft-float patch也同時去掉，獲得的是FPA hard FP的編譯環境。用這個環境
再編譯夏新E600自帶的QTE庫(FPA soft FP)，會出現類似如下提示：

    ld uses hardware FP, whereas libqte-mt.so uses software ...

    我試圖在gcc參數中加上-msoft-float，錯誤如下：
    arm-linux/bin/ld: cannot find -lfloat collect2: ld returned 1 exit status

    這個需要編譯編譯環境時加下nolibfloat的patch。

    如何生成FPA soft FP的格式困擾了好幾天，我查看了soft-float patch出搜
索了大量資料，覺得可能還是patch本身的問題。我重新下載了gcc.3.4.0，使用
3.4.0 soft patch ，另外把bigendian,nolibfloat這一些有沖突的patch去掉，
果然生成了FPA soft FP格式的庫文件。

再用E600自帶的QTE庫，編譯只是有一個告警選項：
/home/gcc/toolchain/gcc-3.4.0-glibc-2.2.5/arm-linux/lib/gcc/arm-linux/3.4
.0/../../../../arm-linux/bin/ld: warning: libstdc++.so.5, needed by /home/gcc
/toolchain/qt-2.3.8/lib/libqte-mt.so, not found (try using -rpath or -rpath-link)

夏新E600和飛利浦968使用的GCC版本都是3.2.1，3.4.0編譯后是libstdc++.so.6，
可以查看下面的lib內容，使用的版本是不同的。

  libstdc++.so.6

  Version definitions:
  1 0x01 0x025f4d66 libstdc++.so.6
  2 0x00 0x08922974 GLIBCXX_3.4
  3 0x00 0x056bafd3 CXXABI_1.3

  Version References:
    required from libgcc_s.so.1:
      0x0b792653 0x00 10 GCC_3.3
      0x0d696910 0x00 08 GLIBC_2.0
      0x0b792650 0x00 07 GCC_3.0
    required from libm.so.6:
      0x0d696910 0x00 05 GLIBC_2.0
    required from libc.so.6:
      0x09691f73 0x00 11 GLIBC_2.1.3
      0x0d696911 0x00 09 GLIBC_2.1
      0x0d696912 0x00 06 GLIBC_2.2
      0x0d696910 0x00 04 GLIBC_2.0

  libstdc++.so.5

  Version definitions:
  1 0x01 0x025f4d65 libstdc++.so.5
  2 0x00 0x081a2972 GLIBCPP_3.2
  3 0x00 0x0a297d01 GLIBCPP_3.2.1
   GLIBCPP_3.2
  4 0x00 0x056bafd2 CXXABI_1.2

  Version References:
    required from libm.so.6:
      0x0d696910 0x00 07 GLIBC_2.0
    required from libgcc_s.so.1:
      0x0b792650 0x00 06 GCC_3.0
    required from libc.so.6:
      0x0d696912 0x00 10 GLIBC_2.2
      0x09691f73 0x00 09 GLIBC_2.1.3
      0x0d696911 0x00 08 GLIBC_2.1
      0x0d696910 0x00 05 GLIBC_2.0

五、總結