Spresense SDK 環境で LLVM libc++ 標準ライブラリを使う方法(newlib math 編)

最新の NuttX バージョンでは LLVM "libc++" C++ Standard Library を Configuration により選択できるようになっていますが、Spresense SDK 環境で使用している NuttX バージョンにはそれがまだ取り込まれていないのでマニュアルで組み込む必要があります。

math ライブラリとして、NuttX math ライブラリを使う場合は[こちら](https://qiita.com/baggio/items/2b1f5709efa9e49bcced) に書きましたが、
本記事は libc++ を使いつつ、math ライブラリはコンパイラ付属の newlib を使用する方法です。

TensorFlow Lite を使うときに newlib math にしないとまともに動作しなかったので別記事にしました。

## インストール

インストール方法は、`<Your spresense/nuttx directory>` に Spresense SDK 環境の nuttx ディレクトリを指定して `install.sh` を実行します。

```shell
$ git clone https://github.com/baggio63446333/libcxx
$ cd libcxx
$ ./install.sh <Your spresense/nuttx directory>
```

インストールといっても nuttx 以下のディレクトリにソースやヘッダファイルをコピーするだけです。

* nuttx/libs/libxx/libcxx
* nuttx/include/libcxx
* nuttx/include/machine

これらコピー先のディレクトリは、`.gitignore` ファイルにより構成管理対象外に設定されているので、`git status`コマンドを実行しても表示されません。

アンインストール(ファイル削除)するときは、`uninstall.sh` を実行します。

```shell
$ cd libcxx
$ ./uninstall.sh <Your spresense/nuttx directory>
```

## コンフィグレーション

LLVM C++ Library を有効にするには、以下のように Configuration を設定します。

`menuconfig` を開きます。

```shell
$ cd spresense/sdk
$ ./tools/config.py default -m
```

`Library Routines ->` から `Build LLVM libcxx` にチェックを入れます。
![LLVM.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/432852/9e7f2732-8fb1-c1c0-62ce-246a9dbea093.png)


`menuconfig` の設定を完了し、`configs/feature/libcxx/defconfig` ファイルとして設定を保存しておきます。

```shell
$ ./tools/mkdefconfig.py feature/libcxx
```

ファイルの中身はこのようになります。

```
$ cat configs/feature/libcxx/defconfig 
-CLOCK_MONOTONIC=y
+LIBCXX=y
+LIBCXX_EXCEPTION=n
```

この設定だけだとコンパイルエラーが発生してしまうので、コンパイラ付属の `<cmath>` をインクルードさせるために `nuttx/include/cxx/cmath` に #include_next 行を追加します。
`CONFIG_ARCH_MATH_H` が定義されているかどうかで処理を分けています。

```diff
$ diff -u nuttx/include/cxx/cmath{.org,}
--- nuttx/include/cxx/cmath.org
+++ nuttx/include/cxx/cmath
@@ -43,6 +43,10 @@
 #include <nuttx/config.h>
 #include <nuttx/compiler.h>
 
+#ifdef CONFIG_ARCH_MATH_H
+#  include_next <cmath>
+#else
+
 #include <math.h>
 
 //***************************************************************************
@@ -136,4 +140,5 @@
 
 }
 
+#endif // CONFIG_ARCH_MATH_H
 #endif // __INCLUDE_CXX_CMATH
```

arm-none-eabi-gcc のバージョンに依存しますが、コンパイラ付属の `std_abs.h` が標準の`<stdlib.h>` をインクルードしており、多重定義で怒られてしまうので、常に NuttX 側のヘッダファイルを参照するように変更します。

```diff
$ diff -u /Users/xxx/spresenseenv/usr/arm-none-eabi/include/c++/7.3.1/bits/std_abs.h{.org,}
--- /Users/xxx/spresenseenv/usr/arm-none-eabi/include/c++/7.3.1/bits/std_abs.h.org
+++ /Users/xxx/spresenseenv/usr/arm-none-eabi/include/c++/7.3.1/bits/std_abs.h
@@ -35,7 +35,7 @@
 #include <bits/c++config.h>
 
 #define _GLIBCXX_INCLUDE_NEXT_C_HEADERS
-#include_next <stdlib.h>
+#include <stdlib.h>
 #ifdef __CORRECT_ISO_CPP_MATH_H_PROTO
 # include_next <math.h>
 #endif
```

コンパイルオプションを変更するために、Makefile を変更します。

-  -Inuttx/include/libcxx へのインクルードパスの追加
-  -stdc=c++98 から -std=c++11 への変更
-  -D__NuttX__ 定義の追加

参考：https://github.com/baggio63446333/spresense/commit/06802864c6026ce1caac66da3aca99ea93220810

```diff
$ diff --git a/sdk/tools/scripts/Make.defs b/sdk/tools/scripts/Make.defs
index 4eb5ddaab5..9f54a50af3 100644
--- a/sdk/tools/scripts/Make.defs
+++ b/sdk/tools/scripts/Make.defs
@@ -49,7 +49,10 @@ ifeq ($(WINTOOL),y)
   DIRUNLINK = $(TOPDIR)/tools/unlink.sh
   MKDEP = $(TOPDIR)/tools/mkwindeps.sh
   ARCHINCLUDES = -I. -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include}" -isystem "${shell cygpath -w $(SDKDIR)/include}"
-  ARCHXXINCLUDES = -I. -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include}" -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include/cxx}" -isystem "${shell cygpath -w $(SDKDIR)/include}
+  ARCHXXINCLUDES = -I. -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include}" -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include/cxx}" -isystem "${shell cygpath -w $(SDKDIR)/include}"
+ifeq ($(CONFIG_LIBCXX),y)
+  ARCHXXINCLUDES += -isystem "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/include/libcxx}"
+endif
   ARCHSCRIPT = -T "${shell cygpath -w $(TOPDIR)/boards/$(CONFIG_ARCH)/$(CONFIG_ARCH_CHIP)/$(CONFIG_ARCH_BOARD)/scripts/$(LDSCRIPT)}"
   HOSTEXEEXT = .exe
 else
@@ -57,6 +60,9 @@ else
   MKDEP = $(TOPDIR)/tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)
   ARCHINCLUDES = -I. -isystem $(TOPDIR)/include -isystem $(SDKDIR)/include
   ARCHXXINCLUDES = -I. -isystem $(TOPDIR)/include -isystem $(TOPDIR)/include/cxx -isystem $(SDKDIR)/include
+ifeq ($(CONFIG_LIBCXX),y)
+  ARCHXXINCLUDES += -isystem $(TOPDIR)/include/libcxx
+endif
   ARCHSCRIPT = -T$(TOPDIR)/boards/$(CONFIG_ARCH)/$(CONFIG_ARCH_CHIP)/$(CONFIG_ARCH_BOARD)/scripts/$(LDSCRIPT)
   HOSTEXEEXT =
 endif
@@ -86,10 +92,10 @@ ifneq ($(CONFIG_DEBUG_NOOPT),y)
 endif
 
 ARCHCFLAGS = -fno-builtin -mabi=aapcs -ffunction-sections -fdata-sections
-ARCHCXXFLAGS = -fno-builtin -fno-exceptions -fno-rtti -std=c++98
+ARCHCXXFLAGS = -fno-builtin -fno-exceptions -fno-rtti -std=c++11
 ARCHWARNINGS = -Wall -Wstrict-prototypes -Wshadow -Wundef
 ARCHWARNINGSXX = -Wall -Wshadow -Wundef
-ARCHDEFINES =
+ARCHDEFINES = -D__NuttX__
 ARCHPICFLAGS = -fpic -msingle-pic-base -mpic-register=r10
 
 CFLAGS = $(ARCHCFLAGS) $(ARCHWARNINGS) $(ARCHOPTIMIZATION) $(ARCHCPUFLAGS) $(ARCHINCLUDES) $(ARCHDEFINES) $(EXTRADEFINES) -pipe
```

## ビルド

`tools/config.py` の引数に `feature/libcxx` を入れることで LLVM C++ Library が有効になります。

```shell
$ cd spresense/sdk
$ ./tools/config.py feature/libcxx <その他のconfig...>
$ make
```