Linux手机DIY.库文件专题.交叉编译的浮点问题

  Linux手机DIY.库文件专题.交叉编译的浮点问题
  草木瓜 于 2006-11-9
  一、序
   软件移植过程中,Linux操作系统的库文件着实令人头疼,这方面资料
  也比较少。通过一段时间搜索查询推敲,写点总结吧,也算是有点成果。这
  篇文章主要介绍在编译过程的比较麻烦的浮点问题。
  二、重要提示
   为了方便更好的理解本文,提供下面链结。
   全系列的文章地址,手机应用开发专栏:http://blog.csdn.net/liwei_cmg
   相关的重要成果的下载地址:http://play.younet.com/view.php?tid=24045
  三、浮点问题的由来
   MOTO E680 系列,夏新E600和飞利浦968 等等手机,皆使用Inter Xscale的
  处理器,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这款新型高性能、低功耗的微构架兼容ARMv5TE ISA指令集,
  不过不支持浮点指令集。这是为了节省处理器芯片体积和降低运行功耗,XScale
  体系结构没有实现昂贵的浮点运算部件和除法部件。这些是嵌入式应用中不常用
  的运算。当需要这类运算时,要通过软件方法实现。
   浮点运算要大大复杂于整数运算,没有浮点运算单元会有什么问题?
  
   我们来看一个例子:
   E680/E680i/E680g CPU都是ARM系列的Intel xScale PAX270。MP3解码有两种
  方式,一种是基于浮点运算(如MPG123),另一种则是基于整数的,即libmad (MPEG
  audio decoder library)。浮点的解码,单精度浮点小数可以精确到小数点后45位,
  不过要求CPU有FPU单元。由于E680系列本身的限制,只能使用软浮点,libmad是用
  的fixed-integer,通过整数模拟小数计算的,精度只能保留到小数点后第9位(大于
  0的最小值0.00000000372529)。解码精度和速度自然会有差异。因此这类手机音质
  自然是不能与硬件解码相比。也很少有EQ均衡器,即便通过软件实现了,效果也不
  是太好。
  
   此外流行的图像处理、3D运算、视频处理、音频处理等诸多多媒体应用都会类
  似的涉及浮点运算。没有FPU单元就需要软件支持,显然牺牲了效率和质量。
   浮点运算能力是关系CPU多媒体、3D图形处理的一个重要指标。
   我们构建编译开发环境,就需要加入软浮点支持,否则涉及浮点运算就会出错。
  
  
  四、库文件格式
   先看E680系列的库文件格式。如libjpeg.so文件,用objdump -p显示相关内容:
   private flags = 602: [APCS-32] [VFP float format] [software FP] [has entry point]
   显然是software FP,不过使用的是VFP(Vector Float Point)矢量浮点格式。
  
   再看E600和968的库文件格式:
   private flags = 202: [APCS-32] [FPA float format] [software FP] [has entry point]
  
   与E680相比,不同点在于使用的是FPA(Floating Point Arithmetic)浮点格式,
  又一说为(Fixed Point Arithmetic)定点浮点运算。由于这方面知识空白,具体并
  没有仔细考证。
  
   当然除此两种之外,还有一种格式
   private flags = 2 : [APCS-32] [FPA float format] [has entry point]
   这个自然是硬浮点格式了,不过如果在编译过程中加上arm-nolibfloat patch
  再在gcc参数加上-msoft-float,估计也是能生成软浮点代码,不过没有亲试。
   理论上讲,不管是哪种格式,在应用程序运行链接时都是可以的,不存在兼容
  性的问题,但是要做编译,库文件是必须完全一致的。
   以我手中的交叉编译工具为例,当初是构建于E680G的VFP格式,我使用夏新
  E600自带的QTE库(FPA soft FP),编译一个简单的QTE程序,出现如下错误:
   /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
   这个编译环境是用cross-tool-0.28编译而成的,而且打了gcc-3.3.2的soft-
  float patch,不过按patch说明,是应该可以生成FPA soft FP格式的编译环境,而
  结果却是VFP soft FP,这个适用于E680系列,然不适用夏新E600和飞利浦968。
   后来我在交叉编译环境中把GCC_EXTRA_CONFIG的--with-float=soft选项去除
  且把soft-float patch也同时去掉,获得的是FPA hard FP的编译环境。用这个环境
  再编译夏新E600自带的QTE库(FPA soft FP),会出现类似如下提示:
   ld uses hardware FP, whereas libqte-mt.so uses software ...
  
   我试图在gcc参数中加上-msoft-float,错误如下:
   arm-linux/bin/ld: cannot find -lfloat collect2: ld returned 1 exit status
  
   这个需要编译编译环境时加下nolibfloat的patch。
  
   如何生成FPA soft FP的格式困扰了好几天,我查看了soft-float patch出搜
  索了大量资料,觉得可能还是patch本身的问题。我重新下载了gcc.3.4.0,使用
  3.4.0 soft patch ,另外把bigendian,nolibfloat这一些有冲突的patch去掉,
  果然生成了FPA soft FP格式的库文件。
   再用E600自带的QTE库,编译只是有一个告警选项:
   /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和飞利浦968使用的GCC版本都是3.2.1,3.4.0编译后是libstdc++.so.6,
  可以查看下面的lib内容,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、总结
   E600和968编译环境问题看似是解决了,其实不然,这仅仅说明了可以生
  成兼容E600,968的库文件,能否运行则是另外一回事,下文将着重说明运行时
  的兼容性问题。