Linux内核

Linux内核配置、编译及Makefile简述

Hi,大家好！我是CrazyCatJack。最近在学习Linux内核的配置、编译及Makefile文件。今天总结一下学习成果，分享给大家^_^

1.解压缩打补丁

　　首先是解压缩你获取到的Linux内核。这里我用到的是linux.2.22.6版本的内核。在Linux下命令行通过tar xjf linux.2.22.6.tar.bz2解压内核。然后，如果你需要对这个内核打补丁的话，用patch命令：patch -px <../linux.2.22.6.patch。这里的px指的是忽略掉补丁文件中描述的第几个斜杠。也就是忽略前x个目录。

--- linux-2.6.22.6/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig
+++ linux-2.6.22.6_jz2440/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig

　　如果你此刻就在内核的根目录下，即linux-2.6.22.6下，也就是说打补丁需要忽略掉一个斜杠的目录。那么打补丁的命令就是patch -p1 <../linux.2.22.6.patch。

2.配置内核

　　现在补丁已经打好了，接下来就是配置内核了。这里配置有3种方法：

　　1>直接进行make menuconfig。这是最麻烦的一种方法，所有的配置都需要你来操作。

　　2>在默认配置上自己修改，也就是修改defconfig文件。使用 find -name "*defconfig*"查找你的架构对应的默认配置文件。我是在arch/arm/configs找到自己板子的默认配置文件。执行defconfig文件： make XXX_defconfig。XXX是你具体使用的板子型号。执行这一操作后，结果保存在.config文件。然后再执行make menuconfig命令。这时的配置就是在默认配置上稍加修改就可以了。

　　3>使用厂家的配置文件。如果你的硬件有厂家提供的config文件那是最轻松的。直接cp XXX .config。然后执行make menuconfig。

　　这里详细给大家讲一下内核的配置。Linux的内核配置，就是为了生成.config文件。因为在编译时需要用.config文件生成其他相关配置文件。我们的配置项大多是例如CONFIG_XXXDRIVER，这里的XXXDRIVER指的是各种驱动。我们需要告诉内核，这些驱动是编译进内核，还是编译成模块。通过查找CONFIG_XXXDRIVER，我们可以发现，它出现在四个地方：

　　1>C源代码

　　2>子目录Makefile:drivers/XXX/Makefile

　　3>include/config/auto.conf

　　4>include/linux/autoconf.h

　   这里首先说明：.config文件在进行内核编译时（make uImage）生成了include/config/auto.conf和include/linux/autoconf.h。通过查看C源代码我们发现CONFIG_XXXDRIVER是一个宏定义，等于一个常量。在include/linux/autoconf.h中宏定义CONFIG_XXXDRIVER为一个常量，可能是0或1。那么现在有一个问题，就是CONFIG_XXXDRIVER到底被编译进内核还是编译成一个模块呢？这在C语言中是无法进行区分的，这种区分体现在哪里呢？这种区分体现在子目录的Makefile文件中。在子目录的Makefile中，若有 obj -y += XXX.o则表示XXX.c被编译进内核；obj -m +=XXX.o则表示XXX被编译成模块，为XXX.ko。include/config/auto.conf文件则是对CONFIG_XXXDRIVER进行赋值，为y时表示编译进内核，为m时表示编译成独立模块。

#这里是include/config/auto.conf的部分内容
# Automatically generated make config: don't edit
# Linux kernel version: 2.6.22.6
# Sun Nov 27 18:34:38 2016
#
CONFIG_CPU_S3C244X=y
CONFIG_CPU_COPY_V4WB=y
CONFIG_CRYPTO_CBC=y
CONFIG_CPU_S3C2410_DMA=y
CONFIG_CRYPTO_ECB=m
CONFIG_SMDK2440_CPU2440=y

#这里是drivers/i2c/Makefile
# Makefile for the i2c core.
#

obj-$(CONFIG_I2C_BOARDINFO)    += i2c-boardinfo.o
obj-$(CONFIG_I2C)        += i2c-core.o
obj-$(CONFIG_I2C_CHARDEV)    += i2c-dev.o
obj-y                += busses/ chips/ algos/

ifeq ($(CONFIG_I2C_DEBUG_CORE),y)
EXTRA_CFLAGS += -DDEBUG
endif

3.编译内核
　　通过上面的描述，我们可以知道，在每个driver下，都有一个Makefile文件。来定义这个驱动是编译进内核还是编译成模块。这里稍稍提一下。上面我们讲到了在Makefile中单个文件怎样编译进内核和编译成模块。但是如果有两个以上的文件该如何书写呢？这里举个例子：obj -y += a.o b.o就表示将a.c和b.c编译进内核。

obj -m += ab.o

ab -objs := a.o b.o

就可以表示将a.c和b.c共同编译成为一个模块。过程就是 a.c生成a.o , b.c生成b.o。a.o 和b.o共同生成ab.ko。在以往的对uboot启动内核的代码分析中，我们提到过编译内核生成的uImage是由两部分组成的：头部+Linux内核。这个头部包含了很多初始化的参数信息，例如内核的加载地址和入口地址。在编译内核时，我们直接执行make uImage即可。那么在文件中是怎样定义uImage的呢？又是怎样生成uImage的呢？

　　首先，我们通过查找Makefile，发现uImage在arch/arm/Makefile中，而这个架构目录下的Makefile被包含进顶层目录的Makefile中。这样我们在执行 make uImage时，顶层目录的Makefile就可以调用架构子目录下的Makefile，实现对内核的编译，生成uImage。

顶层目录下Makefile中相关命令：
include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile
架构目录下Makefile相关命令：
zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

　　这就是刚刚所说的顶层Makefile调用架构目录下Makefile，架构目录下Makefile生成uImage,而且依赖于vmlinux文件。下面我们就开始讲解如何生成vmlinux文件。在顶层Makefile中，我们找到了有关生成vmlinux的大部分命令。

　　

顶层目录Makefile：
init-y        := init/
init-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y)) 
core-y        := usr/
core-y        += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
core-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y)) 

libs-y        := lib/
libs-y1        := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y))
libs-y2        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))
libs-y        := $(libs-y1) $(libs-y2) 

drivers-y    := drivers/ sound/
drivers-y    := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))   

net-y        := net/
net-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y)) = net/built-in.o

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o) FORCE

vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)
vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)
vmlinux-all  := $(vmlinux-init) $(vmlinux-main)
vmlinux-lds  := arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds
export KBUILD_VMLINUX_OBJS := $(vmlinux-all)

架构目录Makefile：
zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

head-y        := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o

　　我已经把顶层目录和架构目录下生成vmlinux的命令摘选出来。首先，我们看要想生成vmlinux，需要vmlinux-lds文件、vmlinux-init文件、vmlinux-main文件。其中，vmlinux-lds是链接脚本文件，定义了代码段，数据段的存放位置。这里我们接着往下看，vmlinux-init需要head-y和init-y,通过查看两个Makefile，我们可以得到经过转换后的结果：

　　

head-y        :=
arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o    arch/arm/kernel/init_task.o

init-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y)) = init/built-in.o

core-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))
                         = usr/built-in.o kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.o security/built-in.o crypto/built-in.o block/built-in.o

libs-y        := $(libs-y1) $(libs-y2) =lib/lib.a lib/built-in.o

drivers-y    := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y)) = drivers/built-in.o  sound/built-in.o  

net-y        := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y)) = net/built-in.o    

　　现在已经分析了内核编译的全部过程。那怎样知道我们分析的到底对不对，通过实际执行make uImage我们就可以看到执行过程。这是执行make uImage过程中的部分相关命令：

arm-linux-ld -EL  -p --no-undefined -X -o vmlinux
-T arch/arm/kernel/vmlinux.lds
arch/arm/kernel/head.o
arch/arm/kernel/init_task.o  init/built-in.o --start-group  usr/built-in.o  arch/arm/kernel/built-in.o  arch/arm/mm/built-in.o  

　　可以看到，首先目标要生成vmlinux，然后是链接脚本为vmlinux.lds。开始生成第一个文件：head.o，第二个文件：init_task.o。这和我们分析的完全一致。接下来以此类推，和我们分析的相同，也就是说我们分析的是正确的。

SECTIONS
{

 . = (0xc0000000) + 0x00008000;

 .text.head : {
  _stext = .;
  _sinittext = .;
  *(.text.head)
 }

 .init : { /* Init code and data        */
   *(.init.text)
  _einittext = .;
  __proc_info_begin = .;
   *(.proc.info.init)
  __proc_info_end = .;
  __arch_info_begin = .;
   *(.arch.info.init)
  __arch_info_end = .;
  __tagtable_begin = .;
   *(.taglist.init)
  __tagtable_end = .;
  . = ALIGN(16);
  __setup_start = .;
   *(.init.setup)
  __setup_end = .;
  __early_begin = .;
   *(.early_param.init)
  __early_end = .;
  __initcall_start = .;

　　这是链接脚本vmlinux.lds中的部分内容。首先定义了虚拟地址:(0xc0000000) + 0x00008000。 然后是首先执行头部文件，这与我们分析的完全一致。代码段，初始化代码段等等。