diff --git a/articles/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1.md b/articles/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1.md new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..2d179bae1d8ea80c3286ba86309ef009697e9229 --- /dev/null +++ b/articles/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1.md @@ -0,0 +1,236 @@ +> Corrector: [TinyCorrect](https://gitee.com/tinylab/tinycorrect) v0.2-rc2 - [spaces images pangu autocorrect epw]
+> Author: Odysseus <320873791@qq.com>
+> Date: 2023/09/19
+> Revisor: walimis <>
+> Project: [RISC-V Linux 内核剖析](https://gitee.com/tinylab/riscv-linux)
+> Proposal: [为 ELF2FLT 完善独立编译与安装支持](https://gitee.com/tinylab/riscv-linux/issues/I79PO2)
+> Sponsor: PLCT Lab, ISCAS + +# elf2flt 篇三 使用 + +## 前言 + +在本机安装完 elf2flt 后，我们就可以使用它构建 bFLT 程序，并放到 no-MMU 的 Linux 系统中运行。 + +我们首先需要一个 no-MMU RISC-V 的系统，这里我们使用 Buildroot 构建的 QEMU 镜像来进行测试。 + +## 准备 + +准备工作分两部分，一个是 uClibc 的构建，另外一个是 Buildroot 的构建。uClibc 与 bFLT 程序的关系会在“使用”一节详细说明，此处暂且认为它是 bFLT 程序执行所需要的依赖库；Buildroot 主要用于测试构建完成的 bFLT 程序。 + +### Buildroot 构建 + +首先我们进入 cloud-lab 里面的 RISC-V 64 位实验环境。 + +```bash +$ tools/docker/run riscv-lab +``` + +等待片刻，我们就可以进入到 RISC-V 64 位的实验环境了。理论上本机并不需要 RISC-V 64 位的环境，有交叉编译工具链即可，真正需要 RISC-V 64 位的是无 MMU 的目标环境。 + +而后，我们在 RISC-V-lab 里面安装 Buildroot。首先我们把 Buildroot 仓库克隆下来，进入到 Buildroot 目录： + +```sh +$ cd /home/ubuntu +$ git clone git://git.buildroot.net/buildroot +$ cd buildroot +``` + +进入后，我们可能需要先安装 CMake。如果本机是 RISC-V 64 位环境且没有安装 CMake（例如我们的 riscv-lab 环境），Buildroot 会自己构建一份，此时会出现与 libatomic 库有关的错误。 + +```sh +$ sudo apt-get update +$ sudo apt-get install cmake # riscv-lab needed +``` + +然后我们开始配置 Buildroot。由于我们是在 QEMU 上运行的 RISC-V 64 位 no-MMU 系统，因此采用 `qemu_riscv64_nommu_virt_defconfig` 配置： + +```sh +$ make qemu_riscv64_nommu_virt_defconfig +``` + +最后开始构建： + +```sh +$ make +``` + +构建完成后，生成的镜像在 `/home/ubuntu/buildroot/output/images` 下面。我们看一下这个目录下有什么： + +```sh +$ cd /home/ubuntu/buildroot/output/images +$ ls +Image rootfs.ext2 rootfs.tar start-qemu.sh +``` + +这里的 `Image` 是系统镜像，`rootfs.ext2` 是磁盘镜像，`start-qemu.sh` 是系统镜像在 QEMU 上运行的启动脚本。由于下文需要将我们自己的 bFLT 文件拷贝到磁盘镜像下，我们先将其挂载： + +```sh +$ sudo mkdir /mnt/buildroot-nommu +$ sudo mount rootfs.ext2 /mnt/buildroot-nommu +``` + +然后我们启动镜像： + +```sh +$ ./start-qemu.sh + +[ 0.000000] Linux version 6.1.44 (ubuntu@riscv-lab) (riscv64-buildroot-linux-uclibc-gcc.br_real (Buildroot -gbdab4577-dirty) 12.3.0, GNU ld (GNU Binutils) 2.40) #1 SMP Tue Sep 26 00:35:20 CST 2023 +[ 0.000000] random: crng init done +[ 0.000000] Machine model: riscv-virtio,qemu +[ 0.000000] Forcing kernel command line to: root=/dev/vda rw earlycon=uart8250,mmio,0x10000000,115200n8 console=ttyS0 +... +[ 2.438788] Run /sbin/init as init process +Seeding 256 bits and crediting +Saving 256 bits of creditable seed for next boot + +Welcome to Buildroot +buildroot login: root +Jan 1 00:00:10 login[34]: root login on 'console' +~ # +``` + +至此，Buildroot 的准备工作已经完成。 + +### uClibc 构建 + +我们首先将 uClibc 克隆下来： + +```sh +$ cd /home/ubuntu +$ git clone git://uclibc-ng.org/git/uclibc-ng +$ cd uclibc-ng +``` + +uClibc 依赖于 Linux 头文件，riscv-lab 实际上已经自带所需头文件，但是还存在一些小问题，我们需要动用 `riscv64-linux-gnu` 中的部分头文件手动进行软链接。 + +```bash +ln -s /usr/include/riscv64-linux-gnu/asm /usr/include/asm +``` + +链接完成后，我们打开配置菜单： + +```sh +$ make menuconfig +``` + +配置菜单打开后如下： + +![menu-1.png](images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-1.png) + +我们进入 "Target Architecture Features and Options" 菜单，并配置成如图所示： + +![menu-2.png](images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-2.png) + +然后我们退出菜单，直接构建： + +```sh +$ make +``` + +至此，uClibc 构建完成。我们看一下其中的目录结构： + +```sh +$ ls +COPYING.LIB extra ldso libcrypt libm libuargp MAINTAINERS Makefile.in Rules.mak +COPYING.LIB.boilerplate include lib libiconv libpthread libubacktrace Makefile Makerules utils +docs INSTALL libc libintl librt libutil Makefile.help README + +$ ls lib/ +crt1.o libc.a +``` + +我们可以看到，编译出来的 libc 就在 `lib/` 下面，编译时直接链接上去即可；相关头文件在 `include/` 下。 + +## 使用 + +elf2flt 的使用实际上非常简单，只要安装完成，它就已经整合到我们的交叉编译工具链里面。 + +bFLT 程序的构建过程是将源程序编译成 ELF，再将其与同为 ELF 格式的运行时库（例如 uClibc）进行静态链接，因此，理论上只要是 libc，无论其是 glibc、uClibc 还是 musl libc，都可以通过此种方式链接到 bFLT 程序里。这里以 uClibc 为例，讲解如何用整合进 elf2flt 的工具链编译一个可以运行的 bFLT 文件。 + +首先，我们以一个简单的程序作为例子（`hello.c`）： + +```c +#include +int main() { + int num = 0; + printf("enter your number here:\n"); + scanf("%d", &num); + printf("hello world from number %d!\n", num); + return 0; +} +``` + +接下来我们利用本机的 Linux 头文件和 uClibc 库编译源程序： + +```sh +$ gcc -nostdinc -nostdlib \ +-include /labs/riscv-lab/uclibc-ng/include/libc-symbols.h \ +-I/home/ubuntu/uclibc-ng/include \ +-I/usr/bin/../lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/include \ +-I/usr/bin/../lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/include-fixed \ +-I/usr/include \ +/home/ubuntu/uclibc-ng/lib/crt1.o \ +/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/crti.o \ +/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/crtbeginT.o \ +-L/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11 \ +-L/usr/lib/gcc \ +-L/home/ubuntu/uclibc-ng/lib \ +-Wl,--build-id=none -Wl,-elf2flt=-r -o hello-b-gcc hello.c --static -lc -lgcc \ +/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/crtend.o \ +/usr/lib/gcc/riscv64-linux-gnu/11/crtn.o +``` + +注意到这里的链接过程所使用的库和头文件有三个来源：gcc、uClibc 和 Linux 头文件。很显然，来自 gcc 的库使用本机的也可以；Linux 头文件由于版本与 Buildroot 所构建的 Linux 版本不一致，可能会出现问题，这里可能需要自行获取 Buildroot 对应版本的 Linux 头文件。此处本机并未报错，说明没有发生版本冲突。 + +生成可执行文件后，我们使用 flthdr 查看它的 header： + +```sh +$ flthdr ./hello-b-gcc +./hello-b-gcc + Magic: bFLT + Rev: 4 + Build Date: Fri Sep 29 08:20:22 2023 + Entry: 0x44 + Data Start: 0x99a0 + Data End: 0xb2d8 + BSS End: 0xd420 + Stack Size: 0x1000 + Reloc Start: 0xb2d8 + Reloc Count: 0x1f + Flags: 0x3 ( Load-to-Ram Has-PIC-GOT ) +``` + +可以看到，编译过程没有问题，这个可执行文件确实是 bFLT 格式。 + +然后我们把构建好的源程序放到挂载好的磁盘镜像中： + +```sh +$ sudo cp ./hello-b-gcc /mnt/buildroot-nommu/root +``` + +最后我们运行 Linux 系统镜像，并在上面运行我们的 bFLT 程序： + +```sh +$ cd /home/ubuntu/buildroot/output/images/ +$ ./start-qemu.sh + +~ # ls +hello-b-gcc +~ # ./hello-b-gcc +enter your number here: +114514 +hello world from number 114514! +``` + +## 总结 + +本篇文章主要内容为 elf2flt 工具的使用，由于其能够整合进已有的交叉工具链中，故使用起来比较方便，但是需要注意编译时使用的 libc 库和头文件。 + +## 参考资料 + +- [https://gitee.com/tinylab/elf2flt][001] +- [https://buildroot.org/downloads/manual/manual.html][002] + +[001]: https://gitee.com/tinylab/elf2flt +[002]: https://buildroot.org/downloads/manual/manual.html diff --git a/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-1.png b/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-1.png new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..f31279cc70fcda60f6e6649211a47b46f457ed98 Binary files /dev/null and b/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-1.png differ diff --git a/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-2.png b/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-2.png new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..85fc852c97733713099232286deed150328639d8 Binary files /dev/null and b/articles/images/20230929-elf2flt-elf2flt-build-1/menu-2.png differ