Go语言编译器TinyGo,基于LLVM,在微控制器和小系统上编译和运行

Python09

Go语言编译器TinyGo,基于LLVM,在微控制器和小系统上编译和运行,第1张

TinyGo是一个为微控制器、WebAssembly(Wasm)和命令行工具等小型场景设计的Go语言编译器。TinyGo重用了Go语言工具和LLVM使用的库,以编译用Go语言编写的程序。目前,该项目在GitHub上已经积累了10.1k的Star。

如下为一个示例程序,当运行在任何支持的带板载LED的主板上时,则会点亮内置LED。

上述程序可以在单片机、Adafruit ItsyBitsy M0微控制器或任何支持的带内置LED的板上进行编译和不需要修改的运行,只要设置正确的TinyGo编译器目标即可。例如,设置如下目标可以编译和点亮 单片机。

项目概述

TinyGo项目旨在将Go语言引入到具有单进程或核心的微控制器和小系统。TinyGo类似于emgo,但主要的区别在于作者想要保留Go内存模型。另一个区别在于TinyGo在内部使用LLVM,因而可以获得更小更高效的代码以及更高的灵活性。

创建TinyGo项目的初衷是,如果Python可以在微控制器上运行,Go语言当然也应该能够在更低级微设备上运行。

支持设备

你可以为微控制器、WebAssembly和Linux编译TinyGo程序。目前,TinyGo支持以下85种微处理器板。

更多技术细节请参阅原项目。

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第一步:all.bash

% cd $GOROOT/src

% ./all.bash

第一步有些突兀,因为 all.bash 仅仅调用了其它两个 shell 脚本;make.bash 和 run.bash。如果你在使用 Windows 或 Plan 9,过程是一样的,只是脚本扩展名变成了.bat 或.rc。对于本文中的其它脚本,请根据你的系统适当改动。

第二步:make.bash

. ./make.bash --no-banner

main.bash 来源于 all.bash,因此调用退出将正确终止便宜进程。main.bash 有三个主要工作,第一个是验证编译 Go 的环境是否完整。完整性检查在过去几年中建立,它通常尝试避免使用已知的破损工具或必然失败的环境进行编译。

第三步. cmd/dist

gcc -O2 -Wall -Werror -ggdb -o cmd/dist/dist -Icmd/dist cmd/dist/*.c

一旦可用性检查完毕,make.bash 将编译产生 cmd/dist,cmd/dist取代了之前存在于Go 1 之前的Makefile 编译系统。cmd/dist用来管理少量的pkg/runtime的代码生成。cmd/dist 是C语言编写的程序,能够充分利用系统C编译器和头文件来处理大部分主机系统平台的检测。cmd/dist通常用来检测主机的操作系统和体系结构,即环境变量$GOHOSTOS和$GOHOSTARCH .如果是交叉编译的话,变量 $GOOS和$GOARCH可能会由于你的设置而不同。事实上,Go 通常用作跨平台编译器,只不过多数情况下,主机和目标系统一致而已。接下来,make.bash 调用cmd/dist 的引导参数的支持库、 lib9、 libbio 和 libmach,使用编译器套件,然后用自己的编译器进行编译。这些工具也是用 C 语言写的中,但是由系统 C 编译器编译产生。

echo "# Building compilers and Go bootstrap tool for host, $GOHOSTOS/$GOHOSTARCH."

buildall="-a"

if [ "$1" = "--no-clean" ]then

buildall=""

fi

./cmd/dist/dist bootstrap $buildall -v # builds go_bootstrap

使用的编译器套件 cmd/dist 编译产生一个版本的gotool,go_bootstrap。但go_bootstrap并不是完整得gotool,比方说 pkg/net 就是孤立的,避免了依赖于 cgo。要编译的文件的列表以及它们的依赖项,是由cmd/dist编译的 ,所以十分谨慎地避免引入新的生成依赖项 到 cmd/go。

第四步:go_bootstrap

现在, go_bootstrap 编译完成了,make.bash 的最后一部就是使用 go_bootstrap 完成 Go 标准库的编译,包括整套 gotool 的替换版。

echo "# Building packages and commands for $GOOS/$GOARCH."

"$GOTOOLDIR"/go_bootstrap install -gcflags "$GO_GCFLAGS" \

-ldflags "$GO_LDFLAGS" -v std

第五步:run.bash

现在,make.bash 完成了,运行回到了 all.bash,它将引用 run.bash。run.bash 的工作是编译和测试标准库,运行时以及语言测试套件。

bash run.bash --no-rebuild

使用 --no-rebuild 标识是因为 make.bash 和 run.bash 可能都调用了 go install -a std,这样可以避免重复,--no-rebuild 跳过了第二个 go install。

# allow all.bash to avoid double-build of everything

rebuild=true

if [ "$1" = "--no-rebuild" ]then

shift

else

echo '# Building packages and commands.'

time go install -a -v std

echo

fi

第六步:go test -a std

echo '# Testing packages.'

time go test std -short -timeout=$(expr 120 \* $timeout_scale)s

echo

下一步 run.bash z则是对标准库中的所有包进行单元测试,这是使用 testing 包编写的。由于 $GOPATH 和 $GOROOT 中的代码存在于同一个命名空间中,我们不能使用 go test,这可能会测试 $GOPATH 中的所有包,所以将创建别名std来标识标准库中的包。由于有些测试需要很长时间,或耗用大量内存,测试将会通过 -short 标识将其过滤。

第七步 runtime 和 cgo 测试

run.bash的下一节将运行大量对cgo支持的平台测试,运行一些季春测试,编译 Go 附带的一些杂项程序。随着时间的推移,这份杂项程序列表已经变长了,当它们发现自己并不包含在编译过程中时,沉默将不可避免的被打破。

第八步: go run test

(xcd ../test

unset GOMAXPROCS

time go run run.go

) || exit $?

run.bash的倒数第二步调用了$GOROOT目录下test文件夹中的编译器和运行时测试。这其中有描述编译器和运行时本身的低层级测试。而子目录 test/bugs 及 test/fixedbugs 中的测试对已知问题和已解决问题进行特别的测试。所有测试的测试驱动器是 $GOROOT/test/run.go,该程序很小,它调用test文件夹中的每个.go 文件。有些 .go 文件在首行上描述了预期的运行结果,例如,程序失败或是放出特定的输出队列。

第九步go tool api

echo '# Checking API compatibility.'

go tool api -c $GOROOT/api/go1.txt,$GOROOT/api/go1.1.txt \

-next $GOROOT/api/next.txt -except $GOROOT/api/except.txt

run.bash的最后一部将调用API工具,API工具的作用是执行 Go 1 约定;导出的符号,常数,函数,变量,类型和方法组成2012年确认的 Go 1 API。Go 1 写在 api/go1.txt 文件,而 Go 1.1 则写在 api/go1.1.txt文件中。另一个额外的文件,api/next.txt 描述了G 1.1自后添加到标准库和运行时中的符号。当 Go 1.2 发布时,这个文件将会成为 Go 1.2 的约定,另一个新的 next.txt 文件也将被创建。这里还有一个小文件,except.txt,它包括 Go 1 约定中被批准的扩展。对文件的增添总是小心翼翼的。