Native 开发工具之 CPU 和架构（三），学习 Android 开发的步骤,

此 ABI 适用于支持通常称为“x86-64”的指令集的 CPU。它支持 GCC 通常使用以下编译器标记生成的指令：

-march=x86-64 -msse4.2 -mpopcnt -m64 -mtune=intel

这些标记指向 x86-64 指令集（根据 GCC 文档），以及 [MMX](

)、[SSE](

)、[SSE2](

)、[SSE3](

)、[SSSE3](

)、[SSE4.1](

)、[SSE4.2](

) 和 [POPCNT](

) 扩展指令集。生成的代码在顶层 Intel 64 位 CPU 之间进行了均衡优化。

如需了解有关编译器标记的更多信息，特别是与性能优化相关的信息，请参阅 [GCC x86 性能](

)。

此 ABI 不含任何其他可选的 x86-64 扩展指令集，例如：

• MOVBE

• SHA

• AVX

• AVX2

您仍可使用这些扩展指令集，只要您使用运行时功能探测来启用它们，并且为不支持它们的设备提供回退机制。

请参阅以下文档了解更多详情：

• [不同 C++ 编译器和操作系统的调用规范](

)

• [Intel64 和 IA-32 架构软件开发者手册第 2 卷：指令集参考](

)

• [Intel64 和 IA-32 Intel 架构软件开发者手册第 3 卷：系统编程](

)

为特定 ABI 生成代码

默认情况下，NDK 指向所有非弃用 ABI。您可通过在 [Application.mk](

) 文件中设置 APP_ABI 来指向单个 ABI。以下代码段演示了使用 APP_ABI 的几个示例

APP_ABI := arm64-v8a # Target only arm64-v8a

APP_ABI := all # Target all ABIs, including those that are deprecated.

APP_ABI := armeabi-v7a x86_64 # Target only armeabi-v7a and x86_64.

要详细了解您可以为 APP_ABI 变量指定的值，请参阅 [Android.mk](

)。

编译系统的默认行为是将每个 ABI 的二进制文件包括在单个 APK（也称为[胖 APK](

)）内。与仅包含单个 ABI 的二进制文件的 APK 相比，胖 APK 要大得多；要权衡的是兼容性更广，但 APK 更大。强烈建议您利用[拆分 APK](

) 减小 APK 的大小，同时仍保持最大限度的设备兼容性。

在安装时，软件包管理器只解压缩最适合目标设备的机器代码。详情请参阅[安装时自动解压缩原生代码](

)。

Android 平台上的 ABI 管理

本部分详细说明了 Android 平台如何管理 APK 中的原生代码。

应用软件包中的原生代码

Play 商店和软件包管理器都希望能在 APK 中符合以下格式的文件路径上找到 NDK 生成的库：

/lib/<abi>/lib<name>.so

其中，<abi> 是[支持的 ABI](

) 下列出的 ABI 名称之一，<name> 是您为 [Android.mk](

) 文件中的 LOCAL_MODULE 变量定义库时使用的库名称。由于 APK 文件只是 zip 文件，因此打开它们并确认共享原生库位于该位于的位置很简单。

如果系统在预期位置找不到原生共享库，便无法使用它们。在这种情况下，应用本身必须复制这些库，然后执行 dlopen()。

在胖 APK 中，每个库位于名称与相应 ABI 匹配的目录下。例如，胖 APK 可能包含：

/lib/armeabi/libfoo.so

/lib/armeabi-v7a/libfoo.so

/lib/arm64-v8a/libfoo.so

/lib/x86/libfoo.so

/lib/x86_64/libfoo.so

注意：搭载 4.0.3 或更早版本、基于 ARMv7 的 Android 设备从 armeabi 目录（而非 armeabi-v7a 目录，如果两个目录都存在）安装原生库。这是因为在 APK 中，/lib/armeabi/ 在 /lib/armeabi-v7a/ 后面。从 4.0.4 开始，此问题已修复。

Android 平台 ABI 支持

Android 系统在运行时知道它支持哪些 ABI，因为版本特定的系统属性会指示：

• 设备的主要 ABI，与系统映像本身使用的机器代码对应。

• （可选）与系统映像也支持的其他 ABI 对应的辅助 ABI。

此机制确保系统在安装时从软件包提取最佳机器代码。

为实现最佳性能，应直接针对主要 ABI 进行编译。例如，基于 ARMv5TE 的典型设备只会定义主要 ABI：armeabi。相反，基于 ARMv7 的典型设备将主要 ABI 定义为 armeabi-v7a，并将辅助 ABI 定义为 armeabi，因为它可以运行为每个 ABI 生成的应用原生二进制文件。

64 位设备也支持其 32 位变体。以 arm64-v8a 设备为例，该设备也可以运行 armeabi 和 armeabi-v7a 代码。但请注意，如果应用以 arm64-v8a 为目标，而非依赖于运行 armeabi-v7a 版应用的设备，应用在 64 位设备上的性能要好得多。

许多基于 x86 的设备也可运行 armeabi-v7a 和 armeabi NDK 二进制文件。对于这些设备，主要 ABI 将是 x86，辅助 ABI 是 armeabi-v7a。

安装时自动解压缩原生代码

安装应用时，软件包管理器服务将扫描 APK，并查找以下形式的任何共享库：

lib/<primary-abi>/lib<name>.so

如果未找到，并且您已定义辅助 ABI，该服务将扫描以下形式的共享库：

lib/<secondary-abi>/lib<name>.so

找到所需的库时，软件包管理器会将它们复制到应用的 data 目录 (data/data/<package_name>/lib/) 下的 /lib/lib<name>.so。

如果根本没有共享对象文件，应用也会编译并安装，但在运行时会崩溃。

三、处理 CPU 功能

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ABI：使用预处理器的预定义宏

通常，在编译时使用 #ifdef 及以下各项确定 ABI 最为方便：

• 对于 32 位 ARM，使用 __arm__
  

• 对于 64 位 ARM，使用 __aarch64__
  

• 对于 32 位 X86，使用 __i386__
  

• 对于 64 位 X86，使用 __x86_64__
  

请注意：32 位 X86 称为 __i386__，而不是 __x86__，这可能与您预想的有所不同！

CPU 核心计数：使用 libc 的 sysconf(3)

[sysconf(3)](

) 既可以查询 _SC_NPROCESSORS_CONF（系统中的 CPU 核心数），又可以查询 _SC_NPROCESSORS_ONLN（当前在线的 CPU 核心数）。

功能：使用 libc 的 getauxval(3)

自 API 级别 18 开始，Android 的 C 库开始支持 [etauxval(3)](

)。AT_HWCAP 和 AT_HWCAP2 参数会返回列出特定 CPU 功能的位掩码。请参阅 NDK 中的各种 hwcap.h 头文件以获取要进行比较的常量，如用于 arm64 SHA512 指令的 HWCAP_SHA512，或用于 arm Thumb 整数除法指令的 HWCAP_IDIVT。

Google cpu_features 库

AT_HWCAP 的一个问题是有时设备会出错。例如，一些旧设备宣称拥有整数除法指令，但实际上并没有。

[Google 的 cpu_features](

) 库凭借其对特定 SoC 的了解（通过解析 /proc/cpuinfo 掌握相应的 SoC），解决了此类问题。

另一个解决方案是为 SIGILL 安装信号处理程序，然后直接尝试执行相关指令。例如，BoringSSL/OpenSSL 使用的就是这种方法。

NDK cpufeatures 库

NDK 提供了一个名为 cpufeatures 的小型库，其功能类似于 getauxval(3)，但它也可用于 API 级别 18 之前的版本。与其他 [cpu_features](

) 库不同，它对特定 SoC 并无额外的了解。

NDK cpufeatures API

uint64_t android_getCpuFeatures();

返回一组位标记，每个标记代表一个 CPU 系列特定的功能。本部分其余内容介绍了各个系列的功能。

32 位 ARM CPU 系列

以下标记适用于 32 位 ARM CPU 系列：

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_VFPv2

表示设备的 CPU 支持 VFPv2 指令集。大多数 ARMv6 CPU 都支持此指令集。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_ARMv7

表示设备的 CPU 支持 [armeabi-v7a](

) ABI 所支持的 ARMv7-A 指令集。此指令集同时支持 Thumb-2 和 VFPv3-D16 指令。此返回值还表示支持 VFPv3 硬件 FPU 扩展指令集。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_VFPv3

表示设备的 CPU 支持 VFPv3 硬件 FPU 扩展指令集。

此值等同于 VFPv3-D16 指令集，后者只提供 16 个硬件双精度 FP 寄存器。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_VFP_D32

表示设备的 CPU 支持 32 个（而不是 16 个）硬件双精度 FP 寄存器。即使有 32 个硬件双精度 FP 寄存器，也只有 32 个单精度寄存器映射至同一寄存器组。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_NEON

表示设备的 CPU 支持 ARM Advanced SIMD (NEON) 向量扩展指令集。请注意，ARM 要求这些 CPU 也要实现 VFPv3-D32，VFPv3-D32 提供 32 个硬件 FP 寄存器（与 NEON 单元共享）。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_VFP_FP16

表示设备的 CPU 支持在 16 位寄存器上执行浮点运算的指令。该功能是 VFPv4 规范的一部分。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_VFP_FMA

表示设备的 CPU 支持 VFP 指令集的融合乘积累加扩展指令集。它也是 VFPv4 规范的一部分。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_NEON_FMA

表示设备的 CPU 支持 NEON 指令集的融合乘积累加扩展指令集。它也是 VFPv4 规范的一部分。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_IDIV_ARM

表示设备的 CPU 在 ARM 模式下支持整数除法。仅适用于更高型号的 CPU，例如 Cortex-A15。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_IDIV_THUMB2

表示设备的 CPU 在 Thumb-2 模式下支持整数除法。仅适用于更高型号的 CPU，例如 Cortex-A15。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_iWMMXt

表示设备的 CPU 支持可添加 MMX 寄存器和指令的扩展指令集。该功能仅适用于少数几个基于 XScale 的 CPU。

ANDROID_CPU_ARM_FEATURE_LDREX_STREX

表示设备的 CPU 支持自 ARMv6 后可用的 LDREX 和 STREX 指令。借助专用监视器，这些指令结合起来可在内存中提供原子级更新。

64 位 ARM CPU 系列

以下标记适用于 64 位 ARM CPU 系列：

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_FP

表示设备的 CPU 具有浮点单元 (FPU)。所有 Android ARM64 设备都必须支持此功能。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_ASIMD

表示设备的 CPU 具有高级 SIMD (ASIMD) 单元。所有 Android ARM64 设备都必须支持此功能。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_AES

表示设备的 CPU 支持 AES 指令。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_CRC32

表示设备的 CPU 支持 CRC32 指令。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_SHA1

表示设备的 CPU 支持 SHA1 指令。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_SHA2

表示设备的 CPU 支持 SHA2 指令。

ANDROID_CPU_ARM64_FEATURE_PMULL

表示设备的 CPU 支持 64 位 PMULL 和 PMULL2 指令。

32 位 x86 CPU 系列

以下标记适用于 32 位 x86 CPU 系列。

ANDROID_CPU_X86_FEATURE_SSSE3

表示设备的 CPU 支持 SSSE3 扩展指令集。

ANDROID_CPU_X86_FEATURE_POPCNT

表示设备的 CPU 支持 POPCNT 指令。

ANDROID_CPU_X86_FEATURE_MOVBE

表示设备的 CPU 支持 MOVBE 指令。此指令特定于某些 Intel IA-32 CPU，例如 Atom。

android_getCpuFeatures() 针对没有列出扩展指令集的 CPU 系列返回 0。

int android_getCpuCount(void);

注意：考虑到 sysconf(3)，此函数通常无用。

返回系统中的 CPU 核心数，可能高于实际在线的核心数。

AndroidCpuFamily android_getCpuFamily();

注意：考虑到预处理器宏，此函数通常无用。

返回以下其中一个常量，代表设备所支持的 CPU 系列/架构：

• ANDROID_CPU_FAMILY_ARM
  

• ANDROID_CPU_FAMILY_X86
  

• ANDROID_CPU_FAMILY_ARM64
  

• ANDROID_CPU_FAMILY_X86_64
  

对于 64 位系统上的 32 位可执行文件，此函数返回 32 位架构。

将 NDK cpufeatures 与 ndk-build 搭配使用

cpufeatures 库可用作导入模块。要使用此库，请执行以下操作：

• 将 cpufeatures 添加到 LOCAL_STATIC_LIBRARIES。

• 在源代码中 #include <cpu-features.h>。

• 在 [Android.mk](

) 的末尾导入 android/cpufeatures。

以下是导入 cpufeatures 的 Android.mk 示例：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE := your-module-name

LOCAL_SRC_FILES := ...

LOCAL_STATIC_LIBRARIES := cpufeatures

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

$(call import-module,android/cpufeatures)

三、NEON 支持

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NDK 支持 ARM Advanced SIMD（通常称为 NEON），一种适用于 ARMv7 和 ARMv8 的可选扩展指令集。NEON 提供标量/向量指令和寄存器（与 FPU 共享），堪比 x86 中的 MMX/SSE/3DNow!。要运行 NEON，需要 VFPv3-D32（32 个硬件 FPU 64 位寄存器，而非最小值 16 个）。

并非所有基于 ARMv7 的 Android 设备都支持 NEON，但支持的设备可能会因 NEON 支持标量/向量指令而受益匪浅。

NDK 支持模块编译，甚至可以编译支持 NEON 的特定源文件。