【树莓派】搭建树莓派的交叉编译环境

news/2025/12/9 22:30:56/文章来源:https://www.cnblogs.com/Wangzx000/p/19328557

手里的树莓派是3B+，性能有点弱鸡，在编译时总是会卡死，考虑在ubuntu虚拟机环境下搭建一个交叉编译环境，提高效率

安装交叉编译链

需要先在Ubuntu环境下安装交叉编译链

# 安装32位ARM交叉编译器（适用于大多数树莓派）
sudo apt update
sudo apt install -y gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf# 安装64位
sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu# 验证安装
arm-linux-gnueabihf-gcc --version

获取树莓派的文件系统

最简单不出错的方法就是直接从树莓派上拷贝系统库到Ubuntu环境下

# 在Ubuntu主机上创建sysroot目录
mkdir -p ~/rpi/sysroot# 从树莓派复制必要的库文件（需要在树莓派和Ubuntu之间建立SSH连接）
# 替换 pi@raspberrypi.local(pi@192.168.3.17) 为你的树莓派 IP 或主机名
rsync -avz --copy-unsafe-links --rsync-path="sudo rsync" \--exclude='/usr/share/doc' \--exclude='/usr/share/man' \pi@raspberrypi.local:/lib \pi@raspberrypi.local:/usr/lib \pi@raspberrypi.local:/usr/include \~/rpi-sysroot/

单文件编译

创建源文件

#include <stdio.h>
int main() {printf("Hello from Raspberry Pi!\n");return 0;
}

交叉编译

arm-linux-gnueabihf-gcc \--sysroot=~/rpi-sysroot \-o hello_pi hello.c

检查生成的文件架构

file hello_pi

传输到树莓派

scp hello_pi pi@raspberrypi.local:~/
ssh pi@raspberrypi.local ./hello_pi

Makefile编译安装

这是一个使用v4l2取流，x264编码，并将编码后视频写入文件的一个demo,可计算每秒钟帧率

my_v4l2.cpp

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <cstring>
#include <csignal>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <stdexcept>
#include <system_error>
#include <atomic>        // C++11 支持 std::atomic// Linux / V4L2 headers
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <linux/videodev2.h>// x264
extern "C" {
#include <x264.h>
}// 全局标志：响应 Ctrl+C
std::atomic<bool> keep_running(false);  // C++11: 先声明，稍后初始化void signal_handler(int) {keep_running = false;
}// ======================
// RAII: 内存映射管理
// ======================
class MappedBuffer {
public:MappedBuffer() : ptr_(nullptr), length_(0) {}MappedBuffer(int fd, size_t length, off_t offset): length_(length) {ptr_ = static_cast<unsigned char*>(mmap(nullptr, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, offset));if (ptr_ == MAP_FAILED) {ptr_ = nullptr;throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "mmap failed");}}~MappedBuffer() {if (ptr_ != nullptr) {munmap(ptr_, length_);}}MappedBuffer(const MappedBuffer&) = delete;MappedBuffer& operator=(const MappedBuffer&) = delete;MappedBuffer(MappedBuffer&& other) throw(): ptr_(other.ptr_), length_(other.length_) {other.ptr_ = nullptr;other.length_ = 0;}MappedBuffer& operator=(MappedBuffer&& other) throw() {if (this != &other) {if (ptr_ != nullptr) {munmap(ptr_, length_);}ptr_ = other.ptr_;length_ = other.length_;other.ptr_ = nullptr;other.length_ = 0;}return *this;}unsigned char* data() const { return ptr_; }size_t size() const { return length_; }private:unsigned char* ptr_;size_t length_;
};// ======================
// V4L2 视频采集类
// ======================
class V4L2Capture {
public:static const int BUF_COUNT = 4;static const char* DEFAULT_DEVICE;V4L2Capture(const std::string& device, int width, int height): device_(device), width_(width), height_(height), fd_(-1) {fd_ = open(device_.c_str(), O_RDWR | O_NONBLOCK);if (fd_ < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(),"Failed to open V4L2 device: " + device_);}setupFormat();requestBuffers();mapAndQueueBuffers();startStreaming();}~V4L2Capture() {stopStreaming();if (fd_ >= 0) close(fd_);}struct Frame {unsigned char* data;size_t size;int index;};// 返回是否成功获取帧；通过 output 参数返回数据bool dequeueFrame(Frame& out_frame) {v4l2_buffer buf = {};buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;while (keep_running.load()) {if (ioctl(fd_, VIDIOC_DQBUF, &buf) == 0) {out_frame.data = buffers_[buf.index].data();out_frame.size = buf.bytesused;out_frame.index = buf.index;return true;}if (errno == EAGAIN || errno == EIO) {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));continue;} else {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_DQBUF failed");}}return false;}void requeueBuffer(int index) {v4l2_buffer buf = {};buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;buf.index = index;if (ioctl(fd_, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_QBUF failed");}}int getWidth() const { return width_; }int getHeight() const { return height_; }private:void setupFormat() {v4l2_format fmt = {};fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;fmt.fmt.pix.width = width_;fmt.fmt.pix.height = height_;fmt.fmt.pix.pixelformat = V4L2_PIX_FMT_YUYV;fmt.fmt.pix.field = V4L2_FIELD_NONE;if (ioctl(fd_, VIDIOC_S_FMT, &fmt) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_S_FMT failed");}}void requestBuffers() {v4l2_requestbuffers req = {};req.count = BUF_COUNT;req.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;req.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;if (ioctl(fd_, VIDIOC_REQBUFS, &req) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_REQBUFS failed");}if (req.count < static_cast<unsigned int>(BUF_COUNT)) {throw std::runtime_error("Insufficient buffer count");}}void mapAndQueueBuffers() {buffers_.reserve(BUF_COUNT);for (int i = 0; i < BUF_COUNT; ++i) {v4l2_buffer buf = {};buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;buf.index = i;if (ioctl(fd_, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_QUERYBUF failed");}buffers_.push_back(MappedBuffer(fd_, buf.length, buf.m.offset));if (ioctl(fd_, VIDIOC_QBUF, &buf) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_QBUF failed");}}}void startStreaming() {enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;if (ioctl(fd_, VIDIOC_STREAMON, &type) < 0) {throw std::system_error(errno, std::generic_category(), "VIDIOC_STREAMON failed");}}void stopStreaming() {enum v4l2_buf_type type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;ioctl(fd_, VIDIOC_STREAMOFF, &type);}std::string device_;int fd_;int width_, height_;std::vector<MappedBuffer> buffers_;
};const char* V4L2Capture::DEFAULT_DEVICE = "/dev/video0";// ======================
// YUYV 转 I420
// ======================
void yuyv_to_i420(const unsigned char* yuyv,unsigned char* y, unsigned char* u, unsigned char* v,int width, int height) {const int uv_width = width / 2;for (int i = 0; i < height; ++i) {for (int j = 0; j < width / 2; ++j) {int yuyv_idx = i * width * 2 + j * 4;int y_idx = i * width + j * 2;int uv_idx = (i / 2) * uv_width + j;unsigned char y0 = yuyv[yuyv_idx + 0];unsigned char u0 = yuyv[yuyv_idx + 1];unsigned char y1 = yuyv[yuyv_idx + 2];unsigned char v0 = yuyv[yuyv_idx + 3];y[y_idx + 0] = y0;y[y_idx + 1] = y1;if (i % 2 == 0) {u[uv_idx] = u0;v[uv_idx] = v0;}}}
}// ======================
// x264 编码器封装
// ======================
class X264Encoder {
public:X264Encoder(int width, int height, const std::string& output_path): width_(width), height_(height), output_path_(output_path), encoder_(nullptr), frame_count_(0) {file_.open(output_path_.c_str(), std::ios::binary);if (!file_.is_open()) {throw std::runtime_error("Cannot open output file: " + output_path_);}x264_param_default_preset(&param_, "ultrafast", "zerolatency");param_.i_width = width_;param_.i_height = height_;param_.i_fps_num = 30;param_.i_fps_den = 1;param_.i_keyint_max = 30;param_.b_intra_refresh = 1;param_.rc.i_bitrate = 2000;param_.rc.i_rc_method = X264_RC_ABR;param_.i_threads = 1;param_.b_repeat_headers = 1;param_.i_level_idc = 40;if (x264_param_apply_profile(&param_, "high") < 0) {throw std::runtime_error("x264_param_apply_profile failed");}encoder_ = x264_encoder_open(&param_);if (!encoder_) {throw std::runtime_error("x264_encoder_open failed");}// Write SPS/PPSx264_nal_t* nals;int i_nals;x264_encoder_headers(encoder_, &nals, &i_nals);for (int i = 0; i < i_nals; ++i) {file_.write(reinterpret_cast<char*>(nals[i].p_payload), nals[i].i_payload);}file_.flush();}~X264Encoder() {flush();if (encoder_) {x264_encoder_close(encoder_);}}X264Encoder(const X264Encoder&) = delete;X264Encoder& operator=(const X264Encoder&) = delete;bool encodeFrame(unsigned char* y, unsigned char* u, unsigned char* v) {x264_picture_t pic_in, pic_out;x264_picture_init(&pic_in);pic_in.img.i_csp = X264_CSP_I420;pic_in.img.i_plane = 3;pic_in.img.plane[0] = y;pic_in.img.plane[1] = u;pic_in.img.plane[2] = v;pic_in.img.i_stride[0] = width_;pic_in.img.i_stride[1] = width_ / 2;pic_in.img.i_stride[2] = width_ / 2;pic_in.i_pts = frame_count_++;x264_nal_t* nals;int i_nals;int result = x264_encoder_encode(encoder_, &nals, &i_nals, &pic_in, &pic_out);if (result < 0) {std::cerr << "x264 encode error\n";return false;} else if (result > 0) {for (int i = 0; i < i_nals; ++i) {file_.write(reinterpret_cast<char*>(nals[i].p_payload), nals[i].i_payload);}file_.flush();}return true;}private:void flush() {if (!encoder_) return;x264_picture_t pic_out, pic_flush;x264_picture_init(&pic_flush);x264_nal_t* nals;int i_nals;while (x264_encoder_encode(encoder_, &nals, &i_nals, &pic_flush, &pic_out) > 0) {for (int i = 0; i < i_nals; ++i) {file_.write(reinterpret_cast<char*>(nals[i].p_payload), nals[i].i_payload);}}file_.flush();}x264_param_t param_;x264_t* encoder_;std::ofstream file_;int width_, height_;std::string output_path_;int64_t frame_count_;
};// =====================
// 主函数
// ======================
int main() {keep_running = true;  std::signal(SIGINT, signal_handler);try {V4L2Capture capture("/dev/video0", 1280, 720);X264Encoder encoder(capture.getWidth(), capture.getHeight(), "output.h264");const int y_size = capture.getWidth() * capture.getHeight();const int uv_size = y_size / 4;std::unique_ptr<unsigned char[]> y_plane(new unsigned char[y_size]);std::unique_ptr<unsigned char[]> u_plane(new unsigned char[uv_size]);std::unique_ptr<unsigned char[]> v_plane(new unsigned char[uv_size]);int frame_count = 0;auto last_time = std::chrono::steady_clock::now();std::cout << "Capturing and encoding... Press Ctrl+C to stop.\n";V4L2Capture::Frame frame;while (keep_running.load()) {if (!capture.dequeueFrame(frame)) {break;}yuyv_to_i420(frame.data, y_plane.get(), u_plane.get(), v_plane.get(),capture.getWidth(), capture.getHeight());if (!encoder.encodeFrame(y_plane.get(), u_plane.get(), v_plane.get())) {std::cerr << "Encoding failed at frame " << frame_count << "\n";break;}frame_count++;capture.requeueBuffer(frame.index);auto now = std::chrono::steady_clock::now();auto elapsed = std::chrono::duration<double>(now - last_time).count();if (elapsed >= 1.0) {std::cout << "FPS: " << (frame_count / elapsed)<< " (" << frame_count << " frames in " << elapsed << "s)\n";frame_count = 0;last_time = now;}}std::cout << "\nDone. Output saved to output.h264\n";} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << "\n";return EXIT_FAILURE;}return EXIT_SUCCESS;
}

Makefile Demo

以下是my_v4l2.cpp和xop::rtspserver一起编译的一个makefile demo，可以按需修改

# 调试宏：启用 _DEBUG
DEBUG = -D_DEBUG# 目标程序
TARGET1 = my_v4l2
TARGET2 = rtsp_h264_file
# TARGET3 = v4l2_rtsp_server# 输出目录
OBJS_PATH = objs# 默认为本地编译
ifeq ($(TARGET_ARCH),arm)# ========== 交叉编译配置（ARM 64位）==========CROSS_COMPILE = aarch64-linux-gnu-CXX = $(CROSS_COMPILE)g++CC = $(CROSS_COMPILE)gccAR = $(CROSS_COMPILE)arSYSROOT = /home/zx/rpi-sysroot# 编译选项CFLAGS = -Wall -O2 --sysroot=$(SYSROOT) $(DEBUG)CXXFLAGS = $(CFLAGS) -std=c++11INC += -I$(SYSROOT)/usr/include# 链接选项：必须包含 --sysroot！LDFLAGS = --sysroot=$(SYSROOT) \-L./lib \-L$(SYSROOT)/usr/lib \-L$(SYSROOT)/usr/lib/aarch64-linux-gnu \-Wl,-rpath-link=$(SYSROOT)/usr/lib \-Wl,-rpath-link=$(SYSROOT)/usr/lib/aarch64-linux-gnu \-lrt -pthread -lpthread -ldl -lm -lx264else# ========== 本地编译配置 ==========CXX = g++CC = gccAR = arCFLAGS = -Wall -O2 $(DEBUG)CXXFLAGS = $(CFLAGS) -std=c++11INC += -I/usr/includeLDFLAGS = -lx264 -lrt -pthread -lpthread -ldl -lm
endif# 公共头文件路径（始终添加）
INC += -I$(shell pwd)/src/ \-I$(shell pwd)/src/base \-I$(shell pwd)/src/net \-I$(shell pwd)/src/xop \-I$(shell pwd)/src/3rdpart# ========== 源文件与目标文件 ==========
SRC_BASE   = $(wildcard ./src/base/*.cpp)
SRC_NET    = $(wildcard ./src/net/*.cpp)
SRC_XOP    = $(wildcard ./src/xop/*.cpp)
SRC_V4L2   = $(wildcard ./src/driver/v4l2/*.cpp)OBJ_BASE   = $(patsubst ./src/base/%.cpp, $(OBJS_PATH)/%.o, $(SRC_BASE))
OBJ_NET    = $(patsubst ./src/net/%.cpp, $(OBJS_PATH)/%.o, $(SRC_NET))
OBJ_XOP    = $(patsubst ./src/xop/%.cpp, $(OBJS_PATH)/%.o, $(SRC_XOP))
OBJ_V4L2   = $(patsubst ./src/driver/v4l2/%.cpp, $(OBJS_PATH)/%.o, $(SRC_V4L2))# 示例程序源文件（注意：使用完整路径）
SRC_TARGET1 = ./example/my_v4l2.cpp
SRC_TARGET2 = ./example/rtsp_h264_file.cpp
# SRC_TARGET3 = ./example/v4l2_rtsp_server.cppOBJ_TARGET1 = $(OBJS_PATH)/my_v4l2.o
OBJ_TARGET2 = $(OBJS_PATH)/rtsp_h264_file.o
# OBJ_TARGET3 = $(OBJS_PATH)/v4l2_rtsp_server.o
# ========== 构建规则 ==========
all: BUILD_DIR $(TARGET1) $(TARGET2)BUILD_DIR:@mkdir -p $(OBJS_PATH)# 目标1：my_v4l2
$(TARGET1): $(OBJ_BASE) $(OBJ_NET) $(OBJ_XOP) $(OBJ_TARGET1)$(CXX) $^ -o $@ $(LDFLAGS)# 目标2：rtsp_h264_file
$(TARGET2): $(OBJ_BASE) $(OBJ_NET) $(OBJ_XOP) $(OBJ_TARGET2)$(CXX) $^ -o $@ $(LDFLAGS)# 目标3：v4l2_rtsp_server（包含 v4l2 驱动和 my_v4l2）
# $(TARGET3): $(OBJ_BASE) $(OBJ_NET) $(OBJ_XOP) $(OBJ_V4L2) $(OBJ_TARGET3)
# 	$(CXX) $^ -o $@ $(LDFLAGS)# ========== 编译规则 ==========
$(OBJS_PATH)/%.o: ./example/%.cpp | BUILD_DIR$(CXX) -c $< -o $@ $(CXXFLAGS) $(INC)$(OBJS_PATH)/%.o: ./src/base/%.cpp | BUILD_DIR$(CXX) -c $< -o $@ $(CXXFLAGS) $(INC)$(OBJS_PATH)/%.o: ./src/net/%.cpp | BUILD_DIR$(CXX) -c $< -o $@ $(CXXFLAGS) $(INC)$(OBJS_PATH)/%.o: ./src/xop/%.cpp | BUILD_DIR$(CXX) -c $< -o $@ $(CXXFLAGS) $(INC)$(OBJS_PATH)/%.o: ./src/driver/v4l2/%.cpp | BUILD_DIR$(CXX) -c $< -o $@ $(CXXFLAGS) $(INC)# ========== 安装 ==========
install: allscp $(TARGET1) $(TARGET2) pi@192.168.3.17:/home/pi/app/@echo "Executables copied to Raspberry Pi"# ========== 清理 ==========
clean:-rm -rf $(OBJS_PATH) $(TARGET1) $(TARGET2).PHONY: all clean install BUILD_DIR

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