2020年01月03日 | arm-linux-gnueabi和arm-linux-gnueabihf 的区别

一、 什么是ABI和EABI
1 、ABI

ABI(二进制应用程序接口-Application Binary Interface (ABI) for the ARM Architecture)
在计算机中，应用二进制接口描述了应用程序（或者其他类型）和操作系统之间或其他应用程序的低级接口.

    ABI涵盖了各种细节，如：
    1> 数据类型的大小、布局和对齐;
    2> 调用约定（控制着函数的参数如何传送以及如何接受返回值）；例如，是所有的参数都通过栈传递，还是部分参数通过寄存器传递；哪个寄存器用于哪个函数参数；通过栈传递的第一个函数参数是最先push到栈上还是最后；系统调用的编码和一个应用如何向操作系统进行系统调用；

以及在一个完整的操作系统ABI中，目标文件的二进制格式、程序库等等。

    一个完整的ABI，像Intel二进制兼容标准 (iBCS) ，允许支持它的操作系统上的程序不经修改在其他支持此ABI的操作体统上运行。

    ABI不同于应用程序接口（API），API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的代码可以在支持这个API的任何系统中编译，ABI允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行。

2、EABI: 嵌入式ABI

嵌入式应用二进制接口指定了文件格式、数据类型、寄存器使用、堆积组织优化和在一个嵌入式软件中的参数的标准约定。

    开发者使用自己的汇编语言也可以使用EABI作为与兼容的编译器生成的汇编语言的接口。支持EABI的编译器创建的目标文件可以和使用类似编译器产生的代码兼容，这样允许开发者链接一个由不同编译器产生的库。

    EABI与关于通用计算机的ABI的主要区别是应用程序代码中允许使用特权指令，不需要动态链接（有时是禁止的），和更紧凑的堆栈帧组织用来节省内存。广泛使用EABI的有Power PC和ARM.

二、 gnueabi相关的两个交叉编译器: gnueabi和gnueabihf
在debian源里这两个交叉编译器的定义如下:

gcc-arm-Linux-gnueabi – The GNU C compiler for armel architecture

gcc-arm-linux-gnueabihf – The GNU C compiler for armhf architecture

可见这两个交叉编译器适用于armel和armhf两个不同的架构, armel和armhf这两种架构在对待浮点运算采取了不同的策略(有fpu的arm才能支持这两种浮点运算策略)。

其实这两个交叉编译器只不过是gcc的选项-mfloat-abi的默认值不同。 gcc的选项-mfloat-abi有三种值soft,softfp,hard(其中后两者都要求arm里有fpu浮点运算单元,soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种模式互不兼容)：

soft: 不用fpu进行浮点计算，即使有fpu浮点运算单元也不用,而是使用软件模式。

softfp : armel架构(对应的编译器为gcc-arm-linux-gnueabi)采用的默认值，用fpu计算，但是传参数用普通寄存器传，这样中断的时候，只需要保存普通寄存器，中断负荷小，但是参数需要转换成浮点的再计算。

hard: armhf架构(对应的编译器gcc-arm-linux-gnueabihf)采用的默认值，用fpu计算，传参数也用fpu中的浮点寄存器传，省去了转换, 性能最好，但是中断负荷高。

把以下测试使用的c文件内容保存成mfloat.c：

1> 使用arm-linux-gnueabihf-gcc编译，使用“-v”选项以获取更详细的信息:

-mfloat-abi=hard，可看出使用hard硬件浮点模式。

2> 使用arm-linux-gnueabi-gcc编译:

-mfloat-abi=softfp，可看出使用softfp模式。

三、 拓展阅读

下文阐述了ARM代码编译时的软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的编译以及链接实现时的不同。从VFP浮点单元的引入到软浮点(soft-float)和硬浮点(hard-float)的概念。

1、VFP (vector floating-point)

从ARMv5开始，就有可选的 Vector Floating Point (VFP) 模块，当然最新的如 Cortex-A8, Cortex-A9 和 Cortex-A5 可以配置成不带VFP的模式供芯片厂商选择。

VFP经过若干年的发展，有VFPv2 (一些 ARM9 / ARM11)、 VFPv3-D16（只使用16个浮点寄存器，默认为32个）和VFPv3+NEON (如大多数的Cortex-A8芯片) 。对于包含NEON的ARM芯片，NEON一般和VFP公用寄存器。

1.1、硬浮点Hard-float

编译器将代码直接编译成发射给硬件浮点协处理器（浮点运算单元FPU）去执行。FPU通常有一套额外的寄存器来完成浮点参数传递和运算。使用实际的硬件浮点运算单元FPU当然会带来性能的提升。因为往往一个浮点的函数调用需要几个或者几十个时钟周期。

1.2、软浮点 Soft-float

编译器把浮点运算转换成浮点运算的函数调用和库函数调用，没有FPU的指令调用，也没有浮点寄存器的参数传递。浮点参数的传递也是通过ARM寄存器或者堆栈完成。

现在的Linux系统默认编译选择使用hard-float，即使系统没有任何浮点处理器单元，这就会产生非法指令和异常。因而一般的系统镜像都采用软浮点以兼容没有VFP的处理器。

2、armel ABI和armhf ABI

在armel中，关于浮点数计算的约定有三种。以gcc为例，对应的-mfloat-abi参数值有三个：soft,softfp,hard。

soft是指所有浮点运算全部在软件层实现，效率当然不高，会存在不必要的浮点到整数、整数到浮点的转换，只适合于早期没有浮点计算单元的ARM处理器；

softfp是目前armel的默认设置，它将浮点计算交给FPU处理，但函数参数的传递使用通用的整型寄存器而不是FPU寄存器；

hard则使用FPU浮点寄存器将函数参数传递给FPU处理。

需要注意的是，在兼容性上，soft与后两者是兼容的，但softfp和hard两种模式不兼容。

默认情况下，armel使用softfp，因此将hard模式的armel单独作为一个abi，称之为armhf。

而使用hard模式，在每次浮点相关函数调用时，平均能节省20个CPU周期。对ARM这样每个周期都很重要的体系结构来说，这样的提升无疑是巨大的。

在完全不改变源码和配置的情况下，在一些应用程序上，使用armhf能得到20%——25%的性能提升。对一些严重依赖于浮点运算的程序，更是可以达到300%的性能提升。

3、Soft-float和hard-float的编译选项

在CodeSourcery gcc的编译参数上，使用-mfloat-abi=name来指定浮点运算处理方式。-mfpu=name来指定浮点协处理的类型。可选类型如fpa，fpe2，fpe3，maverick，vfp，vfpv3，vfpv3-fp16，vfpv3-d16，vfpv3-d16-fp16，vfpv3xd，vfpv3xd-fp16，neon，neon-fp16，vfpv4，vfpv4-d16，fpv4-sp-d16，neon-vfpv4等。

使用-mfloat-abi=hard (等价于-mhard-float) -mfpu=vfp来选择编译成硬浮点。使用-mfloat-abi=softfp就能兼容带VFP的硬件以及soft-float的软件实现，运行时的连接器ld.so会在执行浮点运算时对于运算单元的选择，是直接的硬件调用还是库函数调用，是执行/lib还是/lib/vfp下的libm。-mfloat-abi=soft （等价于-msoft-float）直接调用软浮点实现库。

在ARM RVCT工具链下，定义fpu模式：

–fpu softvfp

–fpu softvfp+vfpv2

–fpu softvfp+vfpv3

–fpu softvfp+vfpv_fp16

–fpu softvfp+vfpv_d16

–fpu softvfp+vfpv_d16_fp16.

定义浮点运算类型

–fpmode ieee_full : 所有单精度float和双精度double的精度都要和IEEE标准一致，具体的模式可以在运行时动态指定；

–fpmode ieee_fixed ： 舍入到最接近的实现的IEEE标准，不带不精确的异常；

–fpmode ieee_no_fenv ：舍入到最接近的实现的IEEE标准，不带异常；

–fpmode std ：非规格数flush到0、舍入到最接近的实现的IEEE标准，不带异常；

–fpmode fast ： 更积极的优化，可能会有一点精度损失。