Linux手機DIY.庫文件專題.交叉編譯的浮點問題

  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
   爲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。這是爲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。
   浮點運算要大大複雜于整數運算,沒有浮點運算單元會有什麽問題?
  
   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後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後第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,
  又一說爲(Fixed Point Arithmetic)定點浮點運算。由于這方面知識空白,具體並
  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爲例,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。
   後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編譯後是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
   E600和968編譯環境問題看似是解決了,其實不然,這僅僅說明了可以生
  成兼容E600,968的庫文件,能否運行則是另外一回事,下文將著重說明運行時
  的兼容性問題。