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python及第三方庫交叉編譯

2022-09-28 12:00:30

一、前言：

　　網上關於python的交叉編譯的文章很多，但是關於python第三庫的交叉編譯的文章就比較少了，而且很多標題是第三方庫的交叉編譯，但是實際上用到的都是不需要交叉編譯就能用的庫，可參考性不強，最近關於python及其第三方庫的交叉編譯也踩了不少坑，記錄一下！

二、交叉編譯介紹：

　　1、什麼是交叉編譯：在一個平臺上生成另一個平臺上的可執行程式碼。

　　2、為什麼要交叉編譯：在進行嵌入式系統的開發時，執行程式的目標平臺通常具有有限的儲存空間和運算能力，比如常見的ARM 平臺，其一般的靜態儲存空間比較小，而CPU運算能力弱。這種情況下，在ARM平臺上進行本機編譯就不太可能了，為了解決這個問題，交叉編譯工具就應運而生了。通過交叉編譯工具，我們就可以在CPU能力很強、儲存控制元件足夠的主機平臺上（比如PC上）編譯出針對其他平臺的可執行程式。

三、python及其第三方庫的交叉編譯背景

　　1、交叉編譯鏈：rv1126-arm-buildroot-linux-gnueabihf-toolchain.tar.bz2

　　2、目標板子(target主機)：armv7l

　　3、執行交叉編輯的主機(build主機)：ubuntu18-x86_64

　　4、python版本：3.5.2

　　5、numpy==1.18.5 

四、交叉編譯的準備工作

　　build主機是我新安裝的一個ubuntu18的新虛擬機器器，所以連gcc 都沒有的　

　　1、安裝gcc: sudo apt-get install gcc-8 -y

　　2、將gcc-8指定成預設的gcc:  sudo ln -s /usr/bin/gcc-8 /usr/bin/gcc

　　

　　3、安裝cmake:  sudo apt-get install make cmake -y

      4、安裝libffi-dev 交叉編譯 python 需要的依賴:  sudo apt-get install libffi-dev

　　5、安裝zip 解壓壓縮包使用：sudo apt-get install zip -y

五、交叉編譯python及其第三方的思路

　　1、在build主機上交叉編譯zlib庫，這個是python原始碼安裝必須的依賴庫

　　2、在build主機上交叉編譯openssl庫，這個雖然不是原始碼安裝必須的依賴庫，但是大部分其他庫都有可能使用到這個庫

　　3、在build主機上安裝build主機上的python版本，我們成為python-build

　　4、在build主機上交叉編譯target主機上的python版本，我們稱之為python-target

　　5、在build主機上通過crossenv搭建target-python的執行虛擬環境

　　6、在crossenv虛擬環境中通過pip打包交叉編譯第三方庫為.whl形式的

六、準備交叉編譯工具

　　1、解壓交叉編譯鏈：說明不同的平臺的使用的交叉編譯鏈不同，但是思路和步驟是一樣的。

　　　　tar jxvf rv1126-arm-buildroot-linux-gnueabihf-toolchain.tar.bz2

　　　　解壓之後得到一個名為 host 的資料夾。

　　　　

　　2、進入 host 目錄： cd host

　　3、執行 relocate-sdk.sh 指令:  ./relocate-sdk.sh　（不是所有交叉編譯鏈都需要這一步的）

　　4、將交叉編譯鏈新增到環境變數：vim /etc/profile

　　5、在最後新增：export PATH=$PATH:/home/host/bin  這裡的路徑根據自己實際的路徑進行修改即可。

　　　　

　　6、重新載入環境變數：source /etc/profile

　　7、測試：arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -v　　

　　　　

七、準備openssl-build

　　這裡我已經準備好了openssl-1.0.2g.tar.gz的壓縮包，這裡我嘗試了openssl-1.1.1的版本，但是和python3.5.2不太合適，總是有問題，所以這裡我使用的是openssl-1.0.2的版本

　　1、 解壓原始碼包，這些原始碼包我都是放在/home路徑下的：tar -xzvf openssl-1.0.2g.tar.gz

　　2、對壓縮包進行重新命名，區分是在build主機上用的還是在target主機上用的，在build主機上用的我都統一在後面加上_build，在target主機上使用的統一在後面加上_target

　　　　mv openssl-1.0.2g openssl-1.0.2g-build

　　3、cd openssl-1.0.2g-build

　　4、設定編譯環境：./config --prefix=/home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build

　　　　其中： --prefix是指定編譯後的安裝的路徑

　　5、執行編譯安裝：make && make install   此時在/home/openssl-1.0.2g-build裡面就會有openssl-build資料夾　　

　　　　

　　6、因為安裝的ubuntu18中預設的openssl是1.1.1，我們需要換成我們的openssl-1.0.2g

　　　　

 　　　  把以前的備份：sudo mv /usr/bin/openssl /usr/bin/openssl.old 

　　7、建立新的軟連線：sudo ln -s /home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/bin/openssl /usr/bin/openssl

　　8、編輯連結檔案：vim /etc/ld.so.conf.d/libc.conf

　　9、在libc.conf檔案中新增：/usr/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/lib  

　　10、重新載入設定：ldconfig

　　11、測試：openssl version ，已經變成1.0.2g版本了

　　　　

 

八、準備openssl-target

　　1、同樣是再次解壓openssl原始碼包，這次解壓的原始碼包用來交叉編譯給target-python使用的：tar -xzvf openssl-1.0.2g.tar.gz

　　2、更改名字：mv openssl-1.0.2g openssl-1.0.2g-target

　　3、cd openssl-1.0.2g-target

　　4、設定編譯環境：./config no-asm --shared --cross-compile-prefix=arm-buildroot-linux-gnueabihf- --prefix=/home/openssl-1.0.2g-target/openssl-target

　　　　解釋： no-asm ：加上 no-asm 表示不使用組合程式碼加速編譯，不然會報錯

　　　　　　　--cross-compile： 指定交叉編譯鏈的字首，這樣在交叉編譯openssl就會使用我們的交叉編譯鏈進行交叉編譯了

　　　　　　  --prefix: 已經是交叉編譯後的路徑

　　5、在編譯後生成的Makefile中有兩處是 -m64 的標記要刪除，因為交叉編譯後是在32位元的板子上執行，所以這一步也要改：sed -i 's/-m64//' Makefile

　　6、執行編譯安裝：make && make install

　　目前我們就把openssl-build和openssl-target都準備好了

九、準備zlib-build

　　1、解壓原始碼包：unzip zlib1211.zip

　　2、改名：mv zlib-1.2.11 zlib-1.2.11-build

　　3、cd zlib-1.2.11-build

　　4、設定編譯環境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-build/zlib-build

　　5、執行編譯安裝：make && make install

十、準備zlib-target

　　1、解壓原始碼包：unzip zlib1211.zip

　　2、改名：mv zlib-1.2.11 zlib-1.2.11-target

　　3、cd zlib-1.2.11-target

　　4、設定交叉編譯器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 通過export 設定的環境變數都是臨時一次性的，當shell視窗關閉了就失效了

　　5、設定編譯環境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-target/zlib-target --enable-shared

　　6、執行編譯安裝：make && make install

　　目前我們也已經包zlib-build和zlib-target準備好了

十一、準備ctypes-build

　　 這一步已經在準備工作中做了：sudo apt-get install libffi-dev  

十二、準備ctypes-target

　　1、解壓原始碼包：tar -xzvf libffi-3.2.1.tar.gz

　　2、改名：mv libffi-3.2.1 libffi-3.2.1-target

　　3、cd libffi-3.2.1-target

　　4、設定交叉編譯器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 如果這一步在準備zlib-target沒有關閉shell視窗的時候，可以不用設定，因為已經設定過了，但是如果關了視窗就要重新設定了

　　5、設定編譯環境：./configure CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf --build=x86_64-linux-gnu target=arm-buildroot-linux-gnueabihf --enable-shared --prefix=/home/libffi-3.2.1-target/libffi-target

　　6、執行編譯安裝：make && make install

　　目前ctypes-build和ctypes-target也準備好了

十三、編譯python-build

　　1、解壓原始碼：tar xvf Python-3.5.2.tgz 

　　2、改名：mv Python-3.5.2 python-3.5.2-build

　　3、cd /home/python-3.5.2-build

　　4、修改 Modules/Setup.dist檔案：vim Modules/Setup.dist

　　　　a、修改關於openssl部分

　　　　

　　　　b、修改關於zlib部分

　　　　

 

　　5、將之前設定的交叉編譯器改為預設的編譯器：export CC=   這裡=後面什麼都不賦值就表示設定為空，這樣就會去找預設的gcc了

　　6、設定編譯環境，./configure --prefix=/home/python-build --without-ensurepip

　　　　　--without-ensurepip：不安裝pip，因為預設安裝的pip版本太低了，所以一會我們自己安裝pip

　　7、執行安裝編譯：make && make install

　　8、cd /home/python-build/bin

　　9、下載pip檔案：curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　10、安裝pip: ./python3 get-pip.py

　　11、將該python-build新增到環境變數，設定為build主機上預設的python:  export PATH=/home/python-build/bin:$PATH

　　12、安裝Cython: pip3 install Cython

　　13、測試：python3

　　　　

十四：編譯python-targer

　　1、解壓原始碼包：tar xvf Python-3.5.2.tgz

　　2、改名：mv Python-3.5.2 python-3.5.2-target

　　3、cd python-3.5.2-target

　　4、建立資料夾：mkdir /home/python-target

　　5、將之前準備的openssl-targer、zlib-targer、cytpes-targer的標頭檔案和連結庫複製到/home/python-targer

　　　　cp -rfp /home/zlib-1.2.11-target/zlib-target/* /home/python-target/

　　　　cp -rfp /home/libffi-3.2.1-target/libffi-target/* /home/python-target/

　　　　cp -rfp /home/openssl-1.0.2g-target/openssl-target/* /home/python-target/

　　6、設定CFLAGS: CFLAGS="-I/home/python-target/include -I/home/python-target/include/python3.5m -L/home/python-target/lib" 

　　7、設定LDFLAGS: LDFLAGS="-L/home/python-target/lib"

　　8、vim Modules/Setup.dist

　　　　　　　　　　          

            

　　9、設定編譯環境：注意這裡我為了方便看，手動的給每個引數換行了，實際使用中不應該換行的

./configure CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 
CXX=arm-buildroot-linux-gnueabihf-g++ 
AR=arm-buildroot-linux-gnueabihf-ar 
RANLIB=arm-buildroot-linux-gnueabihf-ranlib 
--host=arm-buildroot-linux-gnueabihf 
--build=x86_64-linux-gnu 
--target=arm-buildroot-linux-gnueabihf 
--disable-ipv6 
ac_cv_file__dev_ptmx=yes 
ac_cv_file__dev_ptc=yes 
--prefix=/home/python-target 
--without-ensurepip

　　10、編譯：make HOSTPYTHON=/home/python-build/bin/python3 HOSTPGEN=/home/python-3.5.2-build/Parser/pgen

 　  11、執行：make install HOSTPYTHON=/home/python-build/bin/python3

　　目前位置我們就在build主機上已經編譯好了python-build和python-target

十五、通過crossenv交叉編譯第三方庫例如：numpy

　　1、在build主機上使用python-build搭建python-target的虛擬環境，然後再虛擬環境中打包python-target的第三方庫，這裡以numpy為例：因為numpy是需要經過交叉編譯才能使用的。

　　2、cd /home/python-build/bin

　　3、安裝crossenv: ./pip3 install crossenv

　　4、使用crossenv代表python-target的虛擬環境：./python3 -m crossenv --without-pip /home/python-target/bin/python3 cross_venv

　　5、cd cross_venv/cross/bin

　　6、啟用虛擬環境：source activate 

　　7、curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　8、./python3 get-pip.py 

　　9、在cross_venv這個虛擬環境中的安裝Cython：./pip3 install Cython

　　10、建立資料夾用來存放編譯後的第三方：mkdir /home/target_lib

　　11、建立requestments.txt：vim requirements.txt 裡面寫上numpy

　　　　

　　12、交叉編譯第三方庫成為.whl格式的安裝包：./pip3 wheel --wheel-dir /home/target_lib -r requirements.txt

　　13、驗證：cd /home/target_lib

　　　　

 

 

　　14、注意，這裡我們使用crossenv交叉編譯後的numpy第三方庫的字尾是linux_arm，而我們的目標板子是armv7l的，所以這裡我們要手動的將

　　　　numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl改為numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl。不然會報錯。這個坑，一直坑了我一個月的時間，嘗試了很多方法，不知道是編譯鏈的問題，還是編譯過程的問題。將交叉編譯後的numpy的.whl檔案移植到目標板子的中，總是報錯，突然靈光一閃，就手動改個名字，居然可以了，這坑簡直是巨坑，坑了一個月的時間。

十六、移植到目標板子

　　將編譯好的python-target打包 和 numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl(先不改名，移植到目標板子上在改名)移植到目標板子上

　　1、壓縮python-target: tar cvf python-target.tar python-target

　　2、通過ftp工具，將python-target.tar和numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl ,移植到目標板子的/home下

　　　　

 

 

 　  3、解壓python-target: tar xvf python-target.tar

　　4、cd /home/python-target/bin

　　5、驗證在目標板子上執行python3

　　　　

　　6、驗證交叉編譯的第三方

　　　　1、先下載pip: curl https://bootstrap.pypa.io/pip/3.5/get-pip.py -o get-pip.py -k

　　　　2、安裝pip: ./python3 get-pip.py

　　　　3、設定pip源

　　　　　　a、mkdir ~/.pip

　　　　　　b、vi ~/.pip/pip.conf

　　　　　　c、新增如下程式碼

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple 
trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn

　　　　4、驗證pip

　　　　　　

　　　　5、通過pip安裝未改名的numpy第三方庫:這是會報錯：numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl is not a supported wheel on this platform.

　　　　　　

 

 

 　　　　6、改名:  mv /home/numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl /home/numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl 

　　　　 7、重新安裝驗證：　　

　　　　　　

 

 

 　　到此python3及python需要的第三方庫，類似numpy這樣需要交叉編譯的第三方庫就完成了！其中其他庫不一定都是完全一樣的，但是大致流程是一樣的可以參考借鑑。