python及第三方库交叉编译

一、前言：

　　网上关于python的交叉编译的文章很多，但是关于python第三库的交叉编译的文章就比较少了，而且很多标题是第三方库的交叉编译，但是实际上用到的都是不需要交叉编译就能用的库，可参考性不强，最近关于python及其第三方库的交叉编译也踩了不少坑，记录一下！

二、交叉编译介绍：

　　1、什么是交叉编译：在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码。

　　2、为什么要交叉编译：在进行嵌入式系统的开发时，运行程序的目标平台通常具有有限的存储空间和运算能力，比如常见的ARM 平台，其一般的静态存储空间比较小，而CPU运算能力弱。这种情况下，在ARM平台上进行本机编译就不太可能了，为了解决这个问题，交叉编译工具就应运而生了。通过交叉编译工具，我们就可以在CPU能力很强、存储控件足够的主机平台上（比如PC上）编译出针对其他平台的可执行程序。

三、python及其第三方库的交叉编译背景

　　1、交叉编译链：rv1126-arm-buildroot-linux-gnueabihf-toolchain.tar.bz2

　　2、目标板子(target主机)：armv7l

　　3、执行交叉编辑的主机(build主机)：ubuntu18-x86_64

　　4、python版本：3.5.2

　　5、numpy==1.18.5 

四、交叉编译的准备工作

　　build主机是我新安装的一个ubuntu18的新虚拟机，所以连gcc 都没有的　

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

　　2、将gcc-8指定成默认的gcc:  sudo ln -s /usr/bin/gcc-8 /usr/bin/gcc

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

      4、安装libffi-dev 交叉编译 python 需要的依赖:  sudo apt-get install libffi-dev

　　5、安装zip 解压压缩包使用：sudo apt-get install zip -y

五、交叉编译python及其第三方的思路

　　1、在build主机上交叉编译zlib库，这个是python源码安装必须的依赖库

　　2、在build主机上交叉编译openssl库，这个虽然不是源码安装必须的依赖库，但是大部分其他库都有可能使用到这个库

　　3、在build主机上安装build主机上的python版本，我们成为python-build

　　4、在build主机上交叉编译target主机上的python版本，我们称之为python-target

　　5、在build主机上通过crossenv搭建target-python的运行虚拟环境

　　6、在crossenv虚拟环境中通过pip打包交叉编译第三方库为.whl形式的

六、准备交叉编译工具

　　1、解压交叉编译链：说明不同的平台的使用的交叉编译链不同，但是思路和步骤是一样的。

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

　　　　解压之后得到一个名为 host 的文件夹。

　　2、进入 host 目录： cd host

　　3、执行 relocate-sdk.sh 指令:  ./relocate-sdk.sh　（不是所有交叉编译链都需要这一步的）

　　4、将交叉编译链添加到环境变量：vim /etc/profile

　　5、在最后添加：export PATH=$PATH:/home/host/bin  这里的路径根据自己实际的路径进行修改即可。

　　6、重新加载环境变量：source /etc/profile

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

七、准备openssl-build

　　这里我已经准备好了openssl-1.0.2g.tar.gz的压缩包，这里我尝试了openssl-1.1.1的版本，但是和python3.5.2不太合适，总是有问题，所以这里我使用的是openssl-1.0.2的版本

　　1、 解压源码包，这些源码包我都是放在/home路径下的：tar -xzvf openssl-1.0.2g.tar.gz

　　2、对压缩包进行重命名，区分是在build主机上用的还是在target主机上用的，在build主机上用的我都统一在后面加上_build，在target主机上使用的统一在后面加上_target

　　　　mv openssl-1.0.2g openssl-1.0.2g-build

　　3、cd openssl-1.0.2g-build

　　4、设置编译环境：./config --prefix=/home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build

　　　　其中： --prefix是指定编译后的安装的路径

　　5、执行编译安装：make && make install   此时在/home/openssl-1.0.2g-build里面就会有openssl-build文件夹　　

　　6、因为安装的ubuntu18中默认的openssl是1.1.1，我们需要换成我们的openssl-1.0.2g

 　　　  把以前的备份：sudo mv /usr/bin/openssl /usr/bin/openssl.old 

　　7、建立新的软连接：sudo ln -s /home/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/bin/openssl /usr/bin/openssl

　　8、编辑链接文件：vim /etc/ld.so.conf.d/libc.conf

　　9、在libc.conf文件中添加：/usr/openssl-1.0.2g-build/openssl-build/lib  

　　10、重新加载配置：ldconfig

　　11、测试：openssl version ，已经变成1.0.2g版本了

八、准备openssl-target

　　1、同样是再次解压openssl源码包，这次解压的源码包用来交叉编译给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、设置编译环境：./config no-asm --shared --cross-compile-prefix=arm-buildroot-linux-gnueabihf- --prefix=/home/openssl-1.0.2g-target/openssl-target

　　　　解释： no-asm ：加上 no-asm 表示不使用汇编代码加速编译，不然会报错

　　　　　　　--cross-compile： 指定交叉编译链的前缀，这样在交叉编译openssl就会使用我们的交叉编译链进行交叉编译了

　　　　　　  --prefix: 已经是交叉编译后的路径

　　5、在编译后生成的Makefile中有两处是 -m64 的标记要删除，因为交叉编译后是在32位的板子上运行，所以这一步也要改：sed -i 's/-m64//' Makefile

　　6、执行编译安装：make && make install

　　目前我们就把openssl-build和openssl-target都准备好了

九、准备zlib-build

　　1、解压源码包：unzip zlib1211.zip

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

　　3、cd zlib-1.2.11-build

　　4、设置编译环境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-build/zlib-build

　　5、执行编译安装：make && make install

十、准备zlib-target

　　1、解压源码包：unzip zlib1211.zip

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

　　3、cd zlib-1.2.11-target

　　4、设置交叉编译器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 通过export 设置的环境变量都是临时一次性的，当shell窗口关闭了就失效了

　　5、设置编译环境：./configure --prefix=/home/zlib-1.2.11-target/zlib-target --enable-shared

　　6、执行编译安装：make && make install

　　目前我们也已经包zlib-build和zlib-target准备好了

十一、准备ctypes-build

　　 这一步已经在准备工作中做了：sudo apt-get install libffi-dev  

十二、准备ctypes-target

　　1、解压源码包：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、设置交叉编译器：export CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc 如果这一步在准备zlib-target没有关闭shell窗口的时候，可以不用设置，因为已经设置过了，但是如果关了窗口就要重新设置了

　　5、设置编译环境：./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、执行编译安装：make && make install

　　目前ctypes-build和ctypes-target也准备好了

十三、编译python-build

　　1、解压源码：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文件：vim Modules/Setup.dist

　　　　a、修改关于openssl部分

　　　　b、修改关于zlib部分

　　5、将之前设置的交叉编译器改为默认的编译器：export CC=   这里=后面什么都不赋值就表示设置为空，这样就会去找默认的gcc了

　　6、设置编译环境，./configure --prefix=/home/python-build --without-ensurepip

　　　　　--without-ensurepip：不安装pip，因为默认安装的pip版本太低了，所以一会我们自己安装pip

　　7、执行安装编译：make && make install

　　8、cd /home/python-build/bin

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

　　10、安装pip: ./python3 get-pip.py

　　11、将该python-build添加到环境变量，设置为build主机上默认的python:  export PATH=/home/python-build/bin:$PATH

　　12、安装Cython: pip3 install Cython

　　13、测试：python3

十四：编译python-targer

　　1、解压源码包：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、创建文件夹：mkdir /home/python-target

　　5、将之前准备的openssl-targer、zlib-targer、cytpes-targer的头文件和链接库复制到/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、设置CFLAGS: CFLAGS="-I/home/python-target/include -I/home/python-target/include/python3.5m -L/home/python-target/lib" 

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

　　8、vim Modules/Setup.dist

　　9、设置编译环境：注意这里我为了方便看，手动的给每个参数换行了，实际使用中不应该换行的

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

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

　　目前位置我们就在build主机上已经编译好了python-build和python-target

十五、通过crossenv交叉编译第三方库例如：numpy

　　1、在build主机上使用python-build搭建python-target的虚拟环境，然后再虚拟环境中打包python-target的第三方库，这里以numpy为例：因为numpy是需要经过交叉编译才能使用的。

　　2、cd /home/python-build/bin

　　3、安装crossenv: ./pip3 install crossenv

　　4、使用crossenv代表python-target的虚拟环境：./python3 -m crossenv --without-pip /home/python-target/bin/python3 cross_venv

　　5、cd cross_venv/cross/bin

　　6、激活虚拟环境：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这个虚拟环境中的安装Cython：./pip3 install Cython

　　10、创建文件夹用来存放编译后的第三方：mkdir /home/target_lib

　　11、创建requestments.txt：vim requirements.txt 里面写上numpy

　　12、交叉编译第三方库成为.whl格式的安装包：./pip3 wheel --wheel-dir /home/target_lib -r requirements.txt

　　13、验证：cd /home/target_lib

　　14、注意，这里我们使用crossenv交叉编译后的numpy第三方库的后缀是linux_arm，而我们的目标板子是armv7l的，所以这里我们要手动的将

　　　　numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl改为numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl。不然会报错。这个坑，一直坑了我一个月的时间，尝试了很多方法，不知道是编译链的问题，还是编译过程的问题。将交叉编译后的numpy的.whl文件移植到目标板子的中，总是报错，突然灵光一闪，就手动改个名字，居然可以了，这坑简直是巨坑，坑了一个月的时间。

十六、移植到目标板子

　　将编译好的python-target打包 和 numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl(先不改名，移植到目标板子上在改名)移植到目标板子上

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

　　2、通过ftp工具，将python-target.tar和numpy-1.18.5-cp35-cp35m-linux_arm.whl ,移植到目标板子的/home下

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

　　4、cd /home/python-target/bin

　　5、验证在目标板子上运行python3

　　6、验证交叉编译的第三方

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

　　　　2、安装pip: ./python3 get-pip.py

　　　　3、配置pip源

　　　　　　a、mkdir ~/.pip

　　　　　　b、vi ~/.pip/pip.conf

　　　　　　c、添加如下代码

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

　　　　4、验证pip

　　　　5、通过pip安装未改名的numpy第三方库:这是会报错：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、重新安装验证：　　

 　　到此python3及python需要的第三方库，类似numpy这样需要交叉编译的第三方库就完成了！其中其他库不一定都是完全一样的，但是大致流程是一样的可以参考借鉴。