CMake及交叉工具编译链的安装使用

1. 原理

• CMake是一种跨平台编译工具，比make更为高级，使用起来要方便得多。CMake主要是编写CMakeLists.txt文件，然后用cmake命令将CMakeLists.txt文件转化为make所需要的makefile文件，最后用make命令编译源码生成可执行程序或共享库。
• 交叉编译，是利用交叉编译工具链，在宿主机器执行编译、链接生成目标机（嵌入式arm）运行的程序或者共享库

2. 测试环境

宿主系统： ubantu18.04

目标机： arm

交叉编译工具链版本：gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi

交叉编译工具链的下载地址：https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabi/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi.tar.xz

3. 安装cmake配置交叉编译环境

• 安装cmake

$ sudo apt update
$ sudo apt insatall cmake

• 安装make

$ sudo apt install make

• 下载交叉编译工具链

  根据自己的需要，下载交叉编译工具链。如果本地有，可以直接拷贝使用，无须再下载。

$ wget -c https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/arm-linux-gnueabi/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi.tar.xz # 下载交叉编译工具链
$ tar xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi.tar.xz   # 解压交叉编译工具链

​ 将解压后的交叉编译工具链。根据个人，自己需要的目录下。本文为了方便使用，放到**/usr/local/arm_4.9.4**目录下

$ sudo cp -rf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabi  /usr/local/arm_4.9.4

​ 将交叉编译环境配置添加到系统的路径中**（如果不进行这一步，用到时需要写全局路径）**。

​ 在 .bashrc 文件最后添加 export PATH="$PATH:/usr/local/arm_4.9.4/bin"

$ cd 
$ sudo vim .bashrc    # 打开.bashrc 文件 
# 在最后添加 export PATH="$PATH:/usr/local/arm_4.9.4/bin"

​ 添加完成后，重新打开终端。或者执行

$ source .bashrc

​ 执行一下命令, 查看是否安装成功

 $ arm-linux-gnueabi-gcc -v   # 出现一堆信息证明安装成功。

​ 环境就配置完成了。和gcc一样，可以使用arm-linux-gnueabi-gcc 和 arm-linux-gnueabi-g++ 编译arm上运行的程序了

如：

$ arm-linux-gnueabi-gcc -o test test.cpp   # 将test.cpp 编译成arm上运行的程序了

4. Cmake的使用

CMake主要是编写CMakeLists.txt文件，然后用cmake命令将CMakeLists.txt文件转化为make所需要的makefile文件，最后用make命令编译源码生成可执行程序或共享库。

4.1 实例

假如编译Test文件夹下面的工程，撰写交叉编译所需要的CMakelists.txt文件。首先在Test工程下面，新建CMakeLists.txt文件。

Test/CMakeLists.txt

# 指定要求cmake的最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

#设置交叉编译的环境
set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)
set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)

#指定交叉编译的gcc  g++。如果没有配置到环境变量，此处写绝对路径
set(CMAKE_C_COMPILER "arm-linux-gnueabi-gcc")
set(CMAKE_CXX_COMPILER "arm-linux-gnueabi-g++")

############## 以下几条可以不设置(实测可以)，官方文档上步骤 ############
#指定交叉编译环境的目录
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH "/usr/local/arm_4.9.4/arm-linux-gnueabi")
#从来不在指定目录(交叉编译)下查找工具程序。(编译时利用的是宿主的工具)
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PROGRAM NEVER)
#只在指定目录(交叉编译)下查找库文件
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_LIBRARY ONLY)
#只在指定目录(交叉编译)下查找头文件
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_INCLUDE ONLY)
#只在指定的目录(交叉编译)下查找依赖包
set(CMAKE_FIND_ROOT_PATH_MODE_PACKAGE ONLY)
###################################################################

#设置C++ 编译的参数(根据需要自己设置)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-std=c++11 -DTEST -pthread -Wall -O0 -g3 -Wall  -fmessage-length=0 -fPIC")
set(CMAKE_C_FLAGS "-std=c99 -Wall -O0 -g3 -Wall -fmessage-length=0")
# -Wall       :  编译时显示警告信息
# -O          ： 选择编译器优化的级别，-O0 不优化  -O1 -O2 -O3 不同程度的优化
# -g          :  生成调试信息,debug会用到。调试信息的级别。-g3 
#			    尽可能的生成gdb的可以使用的调试信息。默认为-g2。信息越多，编译出的程序越大。
# -std=c++11  ： 编译所按照C++的标准
# -fmessage-length=0 ：输出信息会根据控制台的宽度自动换行，这样就能看全输出信息了
# -fPIC       ： 作用于编译阶段，告诉编译器产生与位置无关代码
#			    (Position-Independent Code)。加载到任意位置都能执行
# -DTEST	 ： 设置TEST的宏定义，另外一种设置宏定义的方式可以直接使用 add_definitions(-D TEST) 添加

add_definitions(-D TEST2)	# 添加TEST2的宏

#设置编译的版本为debug版本。如果要编译realse版本，直接写realse即可
set(CMAKE_BUILD_TYPE "debug")  

# 程序所引用的头文件库目录。
include_directories(
    ${PROJECT_SOURCE_DIR}	# 当前工程的文件路径。如果需要其他库，要继续写所需要库的路径。
)

# 查找要需要编译的源文件。
# file函数将递归查文件夹及子文件夹下的所有.cpp 和 .c文件放到SRC中
# list函数排除build下面的.cpp和.c文件(在make过程中,会在bulid下面产生测试的cpp和c文件，避免冲突)
# 这样我们将所需要编译的源文件放到SRC中
# 有很多种搜索源文件的方法，感觉这是最省事的一种，其他可行百度
file(GLOB_RECURSE SRC *.cpp *.c)
file(GLOB_RECURSE SRC_EXPECT build/*.cpp build/*.c)
list(REMOVE_ITEM SRC ${SRC_EXPECT})


##################### 如果生成共享库 ########################
# 设置生成库的名字
set(LIB_NAME "test")
# 编译生成共享库
add_library("${LIB_NAME}"  SHARED  ${SRC})
# ${LIB_NAME} : 为库的名字
# SHARED ：表示生成的是动态库。如果要编译成静态库替换成 STATIC 参数
# ${SRC} ：需要编译的源文件

### 注意： 如果不是生成可执行文件，则不需要进行后续的连接动态库的操作。
###       在生成可执行可执行文件时，一块进行连接
###########################################################



#################### 如果生成可执行文件#####################
# 设置生成可执型文件的名字
set(SRC_NAME "test")
# 编译生成可执型文件
add_executable("${SRC_NAME}" ${SRC})
# ${SRC_NAME} : 生成可执型文件
# ${SRC} ：需要编译的源文件

# 将可执行文件连接动态库，连接动态库的方式有很多，可以自行百度。
target_link_libraries("${SRC_NAME}" 
  	xxx.so			# 例如要连接xxx.so动态库
    )
###注意, 连接的多个动态库库如果有相互依赖关系，注意顺序，被依赖的库，
### 一定要放到前面。否则编译通过，放到设备上无法运行。
### 如果顺序有问题，实测会报BUSERROR或者一些其他的错误，很难定位
#############################################################

cmake在运行过程中，会产生很多临时文件。通常会新建一个build文件夹，在里面生成makefile，编译。（这也是我们刚在搜索需要编译的源文件时，需要把build下面的.c 和 .cpp排除在外）

在Test目录下新建build文件夹（Test/build/）。

$ cd build
$ cmake ..         # 使用cmake 生成makefile 文件

执行完上述程序，可以看到生成了makefile文件。随后利用make进行编译

$ make -j8		  # 使用8个线程同时编译

编译完成后，如果编译库的话会生成 libtest.so 动态库文件。查看生成动态库的信息

$ file libtest.so    # 使用file查看编译动态库的类型。正常情况下会出现以下信息表示编译成功。

libtest.so: ELF 32-bit LSB shared object, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=31bd40c56628e01d782f12adfb34bf9095619124, with debug_info, not stripped

同样，如果编译可执行文件，会生成test可执行程序。同样可以使用file查看其文件的类型。

注意：

• CMakeLists文件中不区分大小写！！！函数变量大小写都行！！！有时候加不加引号有时候也无所谓！！！

• 编译时注意不同工程可能添加的宏或者参数不同，酌情修改

• 使用cmake生成Makefile后，如果有新增文件，需要重新执行cmake。如果只是修改文件的内容，直接make就行。

• make 编译时使用的线程数一般比你的逻辑核心数略大一点，编译效率最高。如果线程数远远大于逻辑核心数，线程之间切换次数增大，会造成切换时间的浪费。线程过少，编译效率慢。但是需要考虑你的内存情况，如果内存过小，过多线程反而会降低编译效率，造成电脑卡住，根据实际情况择情选择。