Ubuntu下搭建樹莓派OpenCV交叉編譯環境

2020-06-16 17:32:02

最近想把PC上執行的視訊監控的程式移植到嵌入式平台上，所以入手一款 Raspberry Pi 2 Model B。想按交叉編譯的方式編譯程式下載到樹莓派上。我的樹莓派安裝了Raspbian作業系統，PC機使用了Ubuntu作業系統。

0.為什麼要使用交叉編譯：

雖然樹莓派2的主頻可達900MHz，但相比於PC機其效能還是差些，使用交叉工具鏈可節約開發時間。在編譯連結同等規模的程式碼時，PC機所用的時間應少於樹莓派所用時間。而且PC機軟體功能更完備，可以使用很多提高效率的外掛。所以通過交叉編譯的方式能很大程度上提高編碼效率。

樹莓派中已經安裝了gcc工具鏈，可在樹莓派中直接編譯原始碼生成可執行檔案。同時，PC機上也可使用gcc工具鏈生成可執行程式碼，但是和樹莓派上的gcc工具不同，PC機上的gcc工具生成intel或amd晶片上可執行的程式碼，但樹莓派卻是arm系列的晶片，使用的完全不是一個指令集。所以需要使用交叉工具鏈，在PC機上開發樹莓派中可執行程式。

1.如何安裝交叉編譯工具鏈

在樹莓派中文論壇裡已經有人介紹了交叉編譯平台的搭建。http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135509.htm
按照論壇中的說明即可安裝樹莓派的編譯器。個人認為這種編譯器應該針對樹莓派本身硬體做過一定優化，比如硬體浮點數運算等，編譯效果要好於一般的arm-linux-gcc/arm-linux-g++。
有了這個編譯器，編譯一般的程式已經不成問題，但是還缺少OpenCV的標頭檔案和連線庫，不能交叉編譯OpenCV程式。

2.樹莓派如何安裝OpenCV

網上已經有人介紹了兩種在樹莓派上OpenCV的方式，原始碼方式安裝 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135510.htm 和apt方式安裝http://www.linuxidc.com/Linux/2016-09/135511.htm 。這與一般嵌入式平台上的OpenCV移植不同，都是不通過交叉編譯（當然樹莓派應該也是可以交叉編譯移植OpenCV的，但是依賴的各種庫有的已經有了，有的還沒有，折騰起來會比較麻煩），直接在樹莓派上安裝OpenCV的方法。如果直接在樹莓派上編譯和使用OpenCV程式，它們確實非常方便，但是如果搭建交叉編譯環境，就要再費些功夫了。考慮到原始碼方式安裝OpenCV會比較麻煩，我選擇了apt方式安裝。下載安裝了OpenCV 2.4.1 的連線庫和一系列和它們有依賴關係的庫。

3.PC上OpenCV程式交叉編譯環境的搭建

樹莓派上已經有了gcc工具鏈、OpenCV連線庫以及一系列它們依賴的庫。所以已經可以在上面編譯OpenCV程式了。但是我們的PC機上還沒有相應的庫。需要我們把上一步安裝好的庫拷貝到PC機上。

首先把樹莓派接入網路，再給它設定一個固定的IP地址，這樣就可以使用ssh通過PC控制樹莓派了。在樹莓派上先 sudo apt-get install locate，這樣定位一些連結庫檔案就方便多了。當然別忘了updatedb，不然會搜什麼都搜不到。使用這個命令不難定位到OpenCV相關的庫都在 /usr/lib 中，而標頭檔案在 /usr/include/opencv 和 /usr/include/opencv2 中。使用scp指令，把它們拷貝到PC中儲存。

如果這時嘗試編譯那些使用OpenCV函數的程式，會發現如果程式中呼叫了OpenCV highgui 模組的函數，就會因為缺少依賴項，有些符號無法解析而編譯失敗。這是因為libopencv_highgui.so檔案又呼叫了一些有諸如解碼ffmeg，解碼jpeg，gtk顯示等等功能的 .so 檔案。這些檔案有一些是Raspbian系統自帶的，有一些是安裝OpenCV時附帶安裝的。這些檔案也需要拷貝到PC機上。經過嘗試，發現一部分依賴項也在 /usr/lib 中，有些在 /usr/lib/arm-linux-gnueabihf 中，還有一些在 /lib/arm-linux-gnueabihf 中。拷貝檔案時我先把/usr/lib/arm-linux-gnueabihf拷貝到了PC機的home路徑下，然後把 /usr/lib 和 /lib/arm-linux-gnueabihf 中的 .so 檔案也拷貝到了這個資料夾中，這樣，我把所有的OpenCV庫函數和標頭檔案放到了raspberryOpenCV資料夾中，把其他依賴項放到了arm-linux-gnueabihf 中，如下圖所示（查詢這些檔案時可以嘗試編譯呼叫了OpenCV highgui 模組的函數的程式，arm-linux-gnueabihf-g++ 會提示缺少哪些檔案。在樹莓派上搜尋這些檔案並拷貝到主機，按照文章後面的方式指定路徑，再次編譯，反復幾次直到成功為止）

4.程式編譯與下載執行

經過上面的步驟我們已經把編譯程式所有需要的內容都準備好了。下面就可以開始編譯程式了。輸入如下命令;

arm-linux-gnueabihf-g++ -I'/home/windfish/raspberryOpenCV/include' -I'/home/windfish/raspberryOpenCV/include/opencv' -I'/home/windfish/raspberryOpenCV/include/opencv2' -L'/home/windfish/raspberryOpenCV/lib' -Wl,-rpath='/home/windfish/arm-linux-gnueabihf' -lopencv_highgui -lopencv_imgproc -lopencv_core CannyDetector_Demo.cpp -o CannyDetector
        由於我們沒有pkg-config命令，所以需要指定OpenCV標頭檔案和庫檔案的路徑。其他依賴項已經拷貝到 /home/windfish/arm-linux-gnueabihf 資料夾中，可以用

   -Wl,-rpath='/home/windfish/arm-linux-gnueabihf'

指定（rpath連結選項主要有兩個功能：（1）程式執行時，優先到rpath指定的目錄去尋找依賴庫（2）程式連結時，在指定的目錄中，隱式的連結那些動態庫所需要的連結庫。往往我們都熟知第一個功能，忽略第二個功能。而第二個功能正是此處所需要的）。這樣就能編譯出我們需要的程式了。

把 CannyDetector 檔案和所需圖片使用 scp 複製到樹莓派中。這時如果在ssh上執行該程式，程式在顯示圖片的時候會出現問題。而直接在樹莓派上操作是可以執行的。這是因為ssh預設是不接受圖片顯示的。按照文章 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/52306.htm 中的方法進行設定（文章中沒有提到主機更改設定後也要重新啟動ssh，這一點也很重要），再次執行，就能看到回傳的結果了。

至此，OpenCV程式交叉編譯環境搭建完成。