基于瑞萨64位MPU RZ/G2L进行32位应用软件开发

本文主要介绍基于瑞萨64位MPU RZ/G2L进行32位应用软件开发的介绍，用于解决客户32位软件移植相关问题，供客户参考。

很多客户在32bit开发平台迁移过程中，会遇到Linux应用程序移植问题，老平台应用程序是基于32bit ARMv7a处理器开发的，新平台通常是基于64bit的ARMv8a的MPU平台，比如RZ/G2L系列。有些客户误认为，切换到64bit Linux平台，必须重新开发64bit应用程序，其实并不是必须的。

首先，在硬件层面：

64bit ARMv8a MPU是能兼容32bit ARMv7a应用程序的，也就是ARMv8a体系支持32bit（AArch32）和64bit（AArch64）两套指令集，这两套指令集或者说是工作模式，会根据具体的32/64bit应用程序自动切换，这是指令集层面的兼容，不是模拟或者翻译，不会导致性能损失。这种设计，很大一部分原因，是为了保护客户在32bit老平台上面的投资。

其次，在软件层面：

64bit MPU的Linux kernel运行在特权模式，应用程序运行在非特权的用户空间。通常厂商仅仅移植64bit Linux kernel，如果移植32bit Linux kernel，很多底层64bit相关特性会不支持，特别是大寻址空间，而且只能支持32bit应用程序。64bit Linux kernel则能发挥MPU的全部性能，并能运行32bit和64bit应用程序（基于上述硬件层面的设计）。

ARM官方提供的ARMv8a相关设计框图如下：

ELx

ARMv8a引入的Exception Level，数字越大，特权越高，类似ARMv7a的异常模式，EL0最低，运行应用程序。

图中的AArch64 OS/AArch32 OS，指具体64/32bit操作系统kernel，通常是Linux kernel。OS运行于更高EL等级的Hypervisor的管理之下，AArch64 OS可以支持32或者64bit应用程序App，AArch32 OS则只能支持32bit应用程序。上面的设计，跟x86 Linux的设计非常相似，比如，64bit x86处理器也原生支持32bit和64bit两种应用程序，64bit Linux系统，也能直接运行32bit App，微软64bit Windows系统也是一样的，用户从来不用关心EXE是之前32位Windows下的老应用，还是新开发出来的64位应用软件，直接双击运行即可。个人认为，ARMv8a很大程度上参考借鉴了64bit x86处理器的设计思路，因为ARMv8a是在2012年左右发布的，而64bit x86处理器在2003年左右就上市了。

下面介绍一下64bit RZ/G2L相关内容。RZ/G2L官方发布的Yocto系统，里面已经提供了64bit Linux kernel，并且集成了64bit和32bit的各种库，还有适配好的64bit和32bit的工具链，在Yocto系统编译完成之后，以core-image-qt为例进行说明：

1提取工具链安装包

MACHINE=smarc-rzg2l bitbake core-image-qt -c populate_sdk

2安装工具链到本机

sudo sh poky-glibc-x86_64-core-image-qt-aarch64-smarc-rzg2l-toolchain-3.1.26.sh

通常安装到默认的/opt目录下，安装之后，如果需要使用工具链编译32bit源码，需要首先运行一个工具链所在目录的脚本：

即图中的environment-开头的脚本文件，对于32bit App开发，运行：

source /opt/poky/3.1.26/environment-setup-armv7vet2hf-neon-vfpv4-pokymllib32-linux-gnueabi

即可准备好32bit App开发环境，可以使用：echo $CC等命令查看，相关环境变量已经设置好：

另一个environment-开头的脚本，是用来设置64位App开发环境的。

另一方面，如果客户愿意往64bit应用移植，也是可以的，因为64bit模式下，可以使用更加强大的指令集，还有海量的寻址空间。但是面临的问题，主要是需要重新编译源代码，FPU相关配置选项可能失效，ARMv7a处理器的FPU相关配置是可选的，ARMv8a处理器则标配FPU，还有一点，就是代码里面指针的处理，32bit应用程序中，可能使用了不可移植的数据类型如unsigned int保存指针，这是可以的，但是不加修改，编译成64位应用程序的话，会出现警告或错误，地址数值截断了32位，肯定是不安全的。