嵌入式培训：如何快速高效掌握Linux内核编译过程

Linux内核编译

 

一、linux内核的配置与编译：

 

1.配置内核

 

1)导入默认配置：

 

make xxxx_defconfig

 

注1：xxxx表示内核支持的芯片的名称 比如make exynos_defconfig

 

注2：内核源码中对每个支持的芯片都有默认的配置，默认配置很少只能保证系统完成最基本的功能

 

注3：可以通过直接修改.config文件来进行内核的配置(麻烦)，所有内核配置的本质都是修改.config文件

 

注4：配置文件中xxxx=y表示添加了该功能，注释表示不添加该功能(减小内核体积)

 

2)修改配置(内核提供了几种简单的配置方法，其本质都是修改.config文件中的配置)

 

make gconfig 依赖于GTK库

 

make xconfig 依赖于QT库

 

make config 麻烦

 

-> make menuconfig

 

选中的状态切换：空格

 

搜索一个选项：/

 

[ ] 有两种状态。

 

输入Y，显示为“*”，表示内核中该功能被选中，相关功能代码将会被编译进内核。

 

输入N，显示为空，表示内核中该功能没有被选中。

 

< > 有三种状态

 

输入Y，显示为“*”，表示内核中该功能被选中

 

输入N，显示为空，表示内核中该功能没有被选中

 

输入M，则显示为“M”，表示内核中该功能被选为模块(编译后与内核镜像不在同一文件)

 

2.编译内核

 

make uImage 编译内核镜像(编译选中为“*”的选项到内核)

 

make modules 编译内核模块(编译选中为“M”的选项)

 

make dtbs 编译设备树文件(使驱动与设备建立关系的文件)

 

make clean 删除文件

 

二、在内核中添加子菜单：

 

每一级目录中都包含一个Kconfig文件，用于生成选配菜单的。按照Kconfig的语法修改对应的Kconfig文件就可以在菜单中添加自己的选项。在一个Kconfig文件中menu是本级菜单，如menu "Character devices"，如果我们想在该菜单下自己添加子菜单按照语法添加在menu和endmenu之间即可

 

语法：

 

config FS4412_LED # 固定语法，config XXX，XXX用来与MakeFile关联，即配置后MakeFile会按照该配置进行编译

 

tristate "FS4412LED Device Support"

 

# tristate “菜单显示名称”;tristate表示该选项有三个状态<>(即可以选择成N/Y/M)，bool表示有两个选项[](N/Y)

 

default n

 

# default n 默认是'N'，即不添加该功能 default y 默认添加该功能default m 默认编译成模块(重新配置后生效)

 

depends on ARCH_EXYNOS4

 

# depends on 依赖的菜单 当有依赖关系的选项没有被选择时该选项也不显示

 

help

 

support leddevice on FS4412 develop board # 帮助文档 可有可无

 

详情参考：Documentation/kbuild

 

将自己的模块添加到菜单的步骤：

 

1.修改Kconfig添加子菜单

 

2.添加对应的.C文件(驱动文件)

 

3.修改对应的Makefile使菜单与编译关联(将驱动文件编译)

 

三、linux内核(uImage)的编译过程：

 

1.在顶层目录下执行make uImage

 

2.顶层目录下的MakeFile

 

155 srctree := $(if $(KBUILD_SRC),$(KBUILD_SRC),$(CURDIR))

 

# srctree为当前MakeFile所在目录

 

198 ARCH ?= arm # 自己修改的

 

203 SRCARCH := $(ARCH)

 

504 include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile

 

-> include arch/arm/MakeFile

 

-> 执行make uImage后会根据我们设置的CPU架构，执行对应架构下的MakeFile

 

3.arch/arm/MakeFile

 

291 boot := arch/arm/boot

 

299 BOOT_TARGETS = zImage Image xipImage bootpImage uImage

 

# uImage属于BOOT_TARGETS中的一个成员

 

304 $(BOOT_TARGETS): vmlinux

 

# 生成uImage就要生成BOOT_TARGETS大目标

 

# 依赖源码顶层目录下的vmlinux(编译过程中生成的文件)

 

305 $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

 

# Q是对@的封装 不输出编译信息

 

# MAKE是对make -C的封装 -C表示切换到指定目录下的MakeFile

 

# $(build)=$(boot) -> build = arch/arm/boot

 

# MACHINE=$(MACHINE) -> MACHINE := arch/arm/mach-exynos

 

# $(boot)/$@ -> arch/arm/boot/uImage

 

-> make -C arch/arm/boot MACHINE=arch/arm/mach-exynos arch/arm/boot/uImage

 

-> 依赖顶层目录下的vmlinux，切到arch/arm/boot下的MakeFile(参数是MACHINE)执行，在arch/arm/boot/下生成目标uImage(uImage就是在该目录)

 

/***************MACHINE变量的来源******************/

 

.config/291 CONFIG_ARCH_EXYNOS=y

 

155 machine-$(CONFIG_ARCH_EXYNOS) += exynos

 

-> 在最开始导入配置时产生了.config文件，.config中只对CONFIG_ARCH_EXYNOS进行了赋值(其他都注释)

 

-> machine-y += exynos 即 machine-y = exynos

 

232 ifneq ($(machine-y),)

 

# 比较machine-y与空的值(machine-y = exynos)，不相等

 

233 MACHINE := arch/arm/mach-$(word 1,$(machine-y))/ # word 1,$(machine-y) word为函数 表示从machine-y变量中取第一个单词

 

-> MACHINE := arch/arm/mach-exynos

 

/********************************************************************/

 

4.arch/arm/boot/Makefile

 

78 $(obj)/uImage: $(obj)/zImage FORCE

 

# 依赖于zImage obj表示当前MakeFile所在路径 FORCE强制编译不管是否编译过

 

79 @$(check_for_multiple_loadaddr)

 

80 $(call if_changed,uimage)

 

81 @$(kecho) ' Image $@ is ready' # 输出信息

 

-> 依赖当前目录下的zImage生成uImage

 

-> 追踪zImage

 

30 ifeq ($(CONFIG_XIP_KERNEL),y)

 

# CONFIG_XIP_KERNEL在.config中定义 没有赋值

 

41 else

 

54 $(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE

 

# 依赖arch/arm/boot/compressed/vmlinux(与之前不是同一个)

 

55 $(call if_changed,objcopy)

 

# 使用gcc编译出的程序都是elf格式的，需要进行二进制格式的转换

 

56 @$(kecho) ' Kernel: $@ is ready' # 显示信息

 

51 $(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE

 

# vmlinux依赖于arch/arm/boot/Image

 

52 $(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@

 

# make -C arch/arm/boot/compressed arch/arm/boot/compressed/vmlinux

 

-> 依赖arch/arm/boot/Image，切换到arch/arm/boot/compressed/下的MakeFile生成vmlinux

 

/***********MACHINE参数的引用*******************/

 

arch/arm/boot/Makefile

 

14 ifneq ($(MACHINE),)

 

# arch/arm/MakeFile中传参进来MACHINE=arch/arm/mach-exynos

 

15 include $(srctree)/$(MACHINE)/Makefile.boot

 

# include arch/arm/mach-exynos/Makefile.boot

 

16 endif

 

arch/arm/mach-exynos/Makefile.boot

 

1 zreladdr-y += 0x40008000

 

# 内核的入口地址(运行起始地址)

 

2 params_phys-y := 0x40000100

 

# uboot和内核协商好的存放参数的位置

 

arch/arm/boot/Makefile

 

22 ZRELADDR := $(zreladdr-y)

 

# ZRELADDR = 0x40008000

 

23 PARAMS_PHYS := $(params_phys-y)

 

# PARAMS_PHYS = 0x40000100

 

24 INITRD_PHYS := $(initrd_phys-y)

 

25

 

26 export ZRELADDR INITRD_PHYS PARAMS_PHYS

 

# 导出让全局可用

 

/*****************************************************************/

 

5.arch/arm/boot/compressed/MakeFile

 

185 $(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o \

 

186 $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) \

 

187 $(bswapsdi2) FORCE

 

# vmlinux依赖很多文件产生

 

# 依赖文件的来源

 

# $(obj)/vmlinux.lds

 

# arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds 链接脚本决定elf文件的排版(内核源文件)

 

# $(obj)/$(HEAD) = arch/arm/boot/compressed/$(HEAD)

 

# 25 HEAD = head.o 由 head.S生成(内核源文件)

 

# $(obj)/piggy.$(suffix_y).o

 

# 86 suffix_$(CONFIG_KERNEL_GZIP) = gzip

 

# .config/40 CONFIG_KERNEL_GZIP=y 导入默认配置时配置的内核的压缩格式

 

# ->suffix_y = gzip

 

# -> $(obj)/piggy.$(suffix_y).o = arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip.o 由 piggy.gzip.S(编译中间生成)生成

 

# $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) # 给变量$(OBJS))添加前缀$(addprefix $(obj)/

 

# 26 OBJS += misc.o decompress.o -> OBJS = misc.o decompress.o

 

# -> $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) = arch/arm/boot/compressed/misc.o decompress.o 由 misc.c decompress.c生成(内核源文件)

 

# 这两个文件用于解压内核 内核当中包含了解压的代码

 

# $(lib1funcs)

 

# 148 lib1funcs = $(obj)/lib1funcs.o -> lib1funcs = arch/arm/boot/compressed/lib1funcs.o(lib1funcs.S生成)

 

# 150 $(obj)/lib1funcs.S: $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/lib/lib1funcs.S(内核源文件)

 

# $(ashldi3)

 

# 154 ashldi3 = $(obj)/ashldi3.o -> ashldi3 = arch/arm/boot/compressed/ashldi3.o(ashldi3.S生成)

 

# 156 $(obj)/ashldi3.S: $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/lib/ashldi3.S(内核源文件)

 

# $(bswapsdi2)

 

# 160 bswapsdi2 = $(obj)/bswapsdi2.o -> bswapsdi2 = arch/arm/boot/compressed/bswapsdi2.o(bswapsdi2.S生成)

 

# 162 $(obj)/bswapsdi2.S: $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/lib/bswapsdi2.S(内核源文件)

 

/******************************piggy.gzip.o********************************/

 

# 195 $(obj)/piggy.$(suffix_y).o: $(obj)/piggy.$(suffix_y) FORCE -> piggy.gzip.o:piggy.gzip -> piggy.gzip.o依赖piggy.gzip

 

# 192 $(obj)/piggy.$(suffix_y): $(obj)/../Image FORCE -> piggy.gzip:arch/arm/boot/Image FORCE -> piggy.gzip依赖上层目录的Image

 

-> 退回上层目录追踪arch/arm/boot/Image

 

/*************************************************************************/

 

6.arch/arm/boot/MakeFile

 

47 $(obj)/Image: vmlinux FORCE

 

# 依赖顶层源码下的vmlinux FORCE强制执行

 

48 $(call if_changed,objcopy)

 

49 @$(kecho) ' Kernel: $@ is ready'

 

-> 退回顶层源码下追踪vmlinux

 

7.顶层目录MakeFile

 

817 vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE

 

# scripts/link-vmlinux.sh 编译需要的脚本

 

# 809 vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)

 

# 追踪得到一些路径下的源文件

 

# 802 export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)

 

# 803 export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)

 

# 804 export KBUILD_LDS := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

 

# 链接脚本(两次链接过程)

 

逆序总结：uImage由zImage通过uboot中的工具为其添加头部生成

 

zImage由arch/arm/boot/compressed/vmlinux(elf格式)文件经过二进制格式转换生成

 

vmlinux由/arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip(压缩后的内核)和misc.c、decompress.c、(用于解压内核的代码)按照vmlinux.lds链接生成(二次链接)

 

piggy.gzip由/arch/arm/boot/Image文件(不包含解压代码的二进制内核文件)压缩得到

 

Image文件是由源码顶层目录下的vmlinux(elf格式)经过二进制转换生成的

 

vmlinux是由一系列的内核源码与工具按照链接脚本arch/arm/kernel/vmlinux.lds链接生成(一次链接)

 

顺序总结：一系列的源码与工具按照arch/arm/kernel/vmlinux.lds与各级Makefile的规则编译生成源码顶层目录下的vmlinux(elf格式内核)即第一次链接

 

vmlinux经过二进制转换生成arch/arm/boot/Image(二进制格式的内核)

 

Image文件经过压缩得到piggy.gzip文件(压缩后的二进制内核)(piggy.gzip文件的运行需要解压)

 

piggy.gzip与解压该文件的代码misc.c、decompress.c、等按照链接脚本arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds链接成一个文件(第二次链接)vmlinux(elf)

 

vmlinux文件经过二进制转换生成zImage

 

zImage经过添加头部生成uImage

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