ARM-M4工具链编译ELF时libdnk.a等库链接错误求助

我使用v8.1.0版本的ARM-M4工具链编译ELF文件，C代码编译成功，但链接阶段出现以下错误：

[100%] Linking C executable ../test/bin/my_App.elf
ld.lld: error: undefined symbol: time
>>> referenced by clock.c
>>>               clock.c.o:(clock) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb/vfpv4/hard/dp_d16/except\libdnk.a
>>> referenced by tzset.c
>>>               tzset.c.o:(tzset) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb/vfpv4/hard/dp_d16/except\libdnk.a
>>> did you mean: ctime

ld.lld: error: undefined symbol: __exidx_start
>>> referenced by libunwind.cpp
>>>               libunwind.cpp.o:(__unw_init_local) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb\libunwind.a
>>> referenced by libunwind.cpp
>>>               libunwind.cpp.o:(libunwind::UnwindCursor<libunwind::LocalAddressSpace, libunwind::Registers_arm>::setInfoBasedOnIPRegister(bool)) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb\libunwind.a

ld.lld: error: undefined symbol: gettimeofday(timeval*, timezone*)
>>> referenced by chrono.cpp
>>>               chrono.cpp.o:(std::__1::chrono::system_clock::now()) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb/vfpv4/hard/dp_d16/except\libc++.a

ld.lld: error: undefined symbol: getentropy
>>> referenced by random.cpp
>>>               random.cpp.o:(std::__1::random_device::operator()()) in archive C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib/v7-m/thumb/vfpv4/hard/dp_d16/except\libc++.a

clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

我的编译环境是Arm M4架构，编译/链接配置如下：

编译标志

TOOLCHAIN ==>> "C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\include"

set(COMMON_CFLAGS 
    --target=armv7m-none-eabi
    -march=armv7-m
    -mcpu=cortex-m4
    -mfpu=vfpv4-d16
    -mlittle-endian
    -std=gnu99
    -g3
    -Wextra
    -Wall
    -I${TOOLCHAIN}
    -ffunction-sections
    -fdata-sections
)

target_compile_options(${TEST_EXECUTABLE} PUBLIC ${COMMON_CFLAGS})

链接标志

set(LOCAL_LDFLAGS
    -T${MY_LINKER_FILE}
    -Wl,-Map,${TEST}/${TEST_EXECUTABLE}.map
    -Xlinker 
    --allow-multiple-definition 
    -Xlinker 
    -mfpu=vfpv4-d16
    -march=armv7-m
    -mfloat-abi=hard
    -mthumb
)

target_link_options(${TEST_EXECUTABLE} PUBLIC ${LOCAL_LDFLAGS})

我是交叉编译新手，有几个疑问：

1. 为什么编译纯C代码会需要链接libc++.a？
2. 我尝试在链接标志中添加了以下库文件，但错误依旧：

TOOLCHAIN_LIB ==>> "C:\compiler\toolchains\arm\v8.1.0\arm\lib\v7-m\thumb"

-mfloat-abi=hard
    -mthumb
    -I${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/libclang_rt.builtins.a
    -I${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libdnk.a
    -I${TOOLCHAIN_LIB}/libunwind.a
    -I${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libc++.a
    -I${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libc++abi.a

请问有没有人遇到过类似问题？或者有可行的解决方法？

解决思路与方案 #

1. 为什么C代码会链接libc++.a？

你的代码或依赖的库（比如libdnk.a）可能间接引用了C标准库的功能，比如chrono或random_device，导致链接器自动尝试拉取libc++.a。另外，部分工具链的C库可能和C库存在依赖关联，即使只写C代码也可能触发这种情况。

2. 链接库的方式错误

你用-I指定库文件是完全错误的，-I是用来添加头文件搜索路径的，链接库需要用直接指定库文件完整路径或者-l（指定库名，需去掉lib前缀和.a后缀）。正确写法如下：

target_link_libraries(${TEST_EXECUTABLE} PUBLIC
    ${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/libclang_rt.builtins.a
    ${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libdnk.a
    ${TOOLCHAIN_LIB}/libunwind.a
    ${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libc++.a
    ${TOOLCHAIN_LIB}/vfpv4/hard/sp_d16/except/libc++abi.a
)

3. 缺失符号的针对性处理

• time/gettimeofday/getentropy：这些是POSIX标准的系统调用，Cortex-M4属于裸机环境，没有操作系统提供这些接口，需要自己实现桩函数（stub）。示例代码如下：

  #include <time.h>
  #include <sys/time.h>
  
  time_t time(time_t *t) {
      // 模拟时间值，实际项目可替换为硬件定时器读数
      time_t mock_time = 1600000000;
      if (t) *t = mock_time;
      return mock_time;
  }
  
  int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz) {
      if (tv) {
          tv->tv_sec = 1600000000;
          tv->tv_usec = 0;
      }
      if (tz) {
          tz->tz_minuteswest = 0;
          tz->tz_dsttime = 0;
      }
      return 0;
  }
  
  int getentropy(void *buf, size_t buflen) {
      // 临时填充伪随机数，实际项目建议使用硬件RNG
      unsigned char *p = buf;
      for (size_t i=0; i<buflen; i++) {
          p[i] = i % 256;
      }
      return 0;
  }
  

• __exidx_start：这个符号是ARM EHABI异常处理所需，有两种处理方式：
  • 关闭异常处理：在COMMON_CFLAGS中添加-fno-exceptions，同时可以移除libunwind.a和libc++abi.a的链接，减少不必要的依赖。
  • 保留异常处理：修改链接脚本，添加以下段定义：

    .ARM.exidx :
    {
        __exidx_start = .;
        *(.ARM.exidx* .gnu.linkonce.armexidx.*)
        __exidx_end = .;
    } > FLASH
    

4. 简化裸机链接配置

裸机环境下，建议明确指定需要的标准库，避免链接器自动引入不必要的依赖。比如添加-nostdlib后手动指定所需库，或者用-lc（C标准库）替代自动引入的C库（如果不需要C功能的话）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user2986042