Linux核心設定、編譯及Makefile簡述

最近在學習Linux核心的設定、編譯及Makefile檔案。今天總結一下學習成果，分享給大家。

1.解壓縮打修補程式

　　首先是解壓縮你獲取到的Linux核心。這裡我用到的是linux.2.22.6版本的核心。在Linux下命令列通過tar xjf linux.2.22.6.tar.bz2解壓核心。然後，如果你需要對這個核心打修補程式的話，用patch命令：patch -px <../linux.2.22.6.patch。這裡的px指的是忽略掉修補程式檔案中描述的第幾個斜槓。也就是忽略前x個目錄。

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

　　如果你此刻就在核心的根目錄下，即linux-2.6.22.6下，也就是說打修補程式需要忽略掉一個斜槓的目錄。那麼打修補程式的命令就是patch -p1 <../linux.2.22.6.patch。

2.設定核心

　　現在修補程式已經打好了，接下來就是設定核心了。這裡設定有3種方法：

　　1>直接進行make menuconfig。這是最麻煩的一種方法，所有的設定都需要你來操作。

　　2>在預設設定上自己修改，也就是修改defconfig檔案。使用 find -name "*defconfig*"查詢你的架構對應的預設組態檔。我是在arch/arm/configs找到自己板子的預設組態檔。執行defconfig檔案： make XXX_defconfig。XXX是你具體使用的板子型號。執行這一操作後，結果儲存在.config檔案。然後再執行make menuconfig命令。這時的設定就是在預設設定上稍加修改就可以了。

　　3>使用廠家的組態檔。如果你的硬體有廠家提供的config檔案那是最輕鬆的。直接cp XXX .config。然後執行make menuconfig。

　　這裡詳細給大家講一下核心的設定。Linux的核心設定，就是為了生成.config檔案。因為在編譯時需要用.config檔案生成其他相關組態檔。我們的設定項大多是例如CONFIG_XXXDRIVER，這裡的XXXDRIVER指的是各種驅動。我們需要告訴核心，這些驅動是編譯進核心，還是編譯成模組。通過查詢CONFIG_XXXDRIVER，我們可以發現，它出現在四個地方：

　　1>C原始碼

　　2>子目錄Makefile:drivers/XXX/Makefile

　　3>include/config/auto.conf

　　4>include/linux/autoconf.h

　  這裡首先說明：.config檔案在進行核心編譯時（make uImage）生成了include/config/auto.conf和include/linux/autoconf.h。通過檢視C原始碼我們發現CONFIG_XXXDRIVER是一個宏定義，等於一個常數。在include/linux/autoconf.h中宏定義CONFIG_XXXDRIVER為一個常數，可能是0或1。那麼現在有一個問題，就是CONFIG_XXXDRIVER到底被編譯進核心還是編譯成一個模組呢？這在C語言中是無法進行區分的，這種區分體現在哪裡呢？這種區分體現在子目錄的Makefile檔案中。在子目錄的Makefile中，若有 obj -y += XXX.o則表示XXX.c被編譯進核心；obj -m +=XXX.o則表示XXX被編譯成模組，為XXX.ko。include/config/auto.conf檔案則是對CONFIG_XXXDRIVER進行賦值，為y時表示編譯進核心，為m時表示編譯成獨立模組。

#這裡是include/config/auto.conf的部分內容
# 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

#這裡是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.編譯核心
　　通過上面的描述，我們可以知道，在每個driver下，都有一個Makefile檔案。來定義這個驅動是編譯進核心還是編譯成模組。這裡稍稍提一下。上面我們講到了在Makefile中單個檔案怎樣編譯進核心和編譯成模組。但是如果有兩個以上的檔案該如何書寫呢？這裡舉個例子：obj -y += a.o b.o就表示將a.c和b.c編譯進核心。

obj -m += ab.o

ab -objs := a.o b.o

就可以表示將a.c和b.c共同編譯成為一個模組。過程就是 a.c生成a.o , b.c生成b.o。a.o 和b.o共同生成ab.ko。在以往的對uboot啟動核心的程式碼分析中，我們提到過編譯核心生成的uImage是由兩部分組成的：頭部+Linux核心。這個頭部包含了很多初始化的引數資訊，例如核心的載入地址和入口地址。在編譯核心時，我們直接執行make uImage即可。那麼在檔案中是怎樣定義uImage的呢？又是怎樣生成uImage的呢？

　　首先，我們通過查詢Makefile，發現uImage在arch/arm/Makefile中，而這個架構目錄下的Makefile被包含進頂層目錄的Makefile中。這樣我們在執行 make uImage時，頂層目錄的Makefile就可以呼叫架構子目錄下的Makefile，實現對核心的編譯，生成uImage。

頂層目錄下Makefile中相關命令：
include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile
架構目錄下Makefile相關命令：
zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

　　這就是剛剛所說的頂層Makefile呼叫架構目錄下Makefile，架構目錄下Makefile生成uImage,而且依賴於vmlinux檔案。下面我們就開始講解如何生成vmlinux檔案。在頂層Makefile中，我們找到了有關生成vmlinux的大部分命令。

　　

頂層目錄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)

架構目錄Makefile：
zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

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

　　我已經把頂層目錄和架構目錄下生成vmlinux的命令摘選出來。首先，我們看要想生成vmlinux，需要vmlinux-lds檔案、vmlinux-init檔案、vmlinux-main檔案。其中，vmlinux-lds是連結指令碼檔案，定義了程式碼段，資料段的存放位置。這裡我們接著往下看，vmlinux-init需要head-y和init-y,通過檢視兩個Makefile，我們可以得到經過轉換後的結果：

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   

　　現在已經分析了核心編譯的全部過程。那怎樣知道我們分析的到底對不對，通過實際執行make uImage我們就可以看到執行過程。這是執行make uImage過程中的部分相關命令：

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，首先目標要生成vmlinux，然後是連結指令碼為vmlinux.lds。開始生成第一個檔案：head.o，第二個檔案：init_task.o。這和我們分析的完全一致。接下來以此類推，和我們分析的相同，也就是說我們分析的是正確的。

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 = .;

　　這是連結指令碼vmlinux.lds中的部分內容。首先定義了虛擬地址:(0xc0000000) + 0x00008000。 然後是首先執行頭部檔案，這與我們分析的完全一致。程式碼段，初始化程式碼段等等。

　　這就是Linux核心的從設定到編譯的全部分析了^_^

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