如何編譯一個嵌入式的linux核心 .config
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1． 配置系統的基本結構
Linux核心的配置系統由三個部分組成，分別是：
Makefile：分佈在 Linux 核心原始碼中的 Makefile，定義 Linux 核心的編譯規則；
配置檔案（config.in）：給使用者提供配置選擇的功能；
配置工具：包括配置命令直譯器（對配置指令碼中使用的配置命令進行解釋）和配置使用者介面（提供基於字元介面、基於 Ncurses 圖形介面以及基於 Xwindows 圖形介面的使用者配置介面，各自對應於 Make config、Make menuconfig 和 make xconfig）。
這些配置工具都是使用指令碼語言，如 Tcl/TK、Perl 編寫的（也包含一些用 C 編寫的程式碼）。本文並不是對配置系統本身進行分析，而是介紹如何使用配置系統。所以，除非是配置系統的維護者，一般的核心開發者無須瞭解它們的原理，只需要知道如何編寫 Makefile 和配置檔案就可以。
2． Makefile
2.1 Makefile 概述
Makefile 的作用是根據配置的情況，構造出需要編譯的原始檔列表，然後分別編譯，並把目的碼連結到一起，最終形成 Linux 核心二進位制檔案。
由於Linux 核心原始碼是按照樹形結構組織的，所以 Makefile 也被分佈在目錄樹中。Linux 核心中的 Makefile 以及與 Makefile 直接相關的檔案有：
Makefile：頂層 Makefile，是整個核心配置、編譯的總體控制檔案。
.config：核心配置檔案，包含由使用者選擇的配置選項，用來存放核心配置後的結果（如 make config）。
arch/*/Makefile：
各個子目錄下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，負責所在子目錄下原始碼的管理。
Rules.make：規則檔案，被所有的 Makefile 使用。
使用者通過 make **_defconfig，（針對SMDK2410的預設設定的配置檔案位於：arch/arm/configs/s3c2410_defconfig，將這個檔案拷貝到根目錄下成為.config檔案。在make menuconfig中載入這個預設的config檔案；針對plugD的：arch/arm/configs/plugD_defconfig）
在頂層 Makefile 中，有一句：include arch/$(ARCH)/Makefile，包含了特定 CPU 體系結構下的 Makefile，這個 Makefile 中包含了平臺相關的資訊。位於各個子目錄下的 Makefile 同樣也根據 .config 給出的配置資訊，構造出當前配置下需要的原始檔列表，並在檔案的最後有 include $(TOPDIR)/Rules.make。Rules.make 檔案起著非常重要的作用，它定義了所有 Makefile 共用的編譯規則。比如，如果需要將本目錄下所有的 c 程式編譯成彙編程式碼，需要在 Makefile 中有以下的編譯規則：
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -S $< -o [email protected]
有很多子目錄下都有同樣的要求，就需要在各自的 Makefile 中包含此編譯規則，這會比較麻煩。而 Linux 核心中則把此類的編譯規則統一放置到 Rules.make 中，並在各自的 Makefile 中包含進了 Rules.make（include Rules.make），這樣就避免了在多個 Makefile 中重複同樣的規則。對於上面的例子，在 Rules.make 中對應的規則為：
%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$(*F)) $([email protected]) -S $< -o [email protected]
2.2 Makefile 中的變數
頂層 Makefile 定義並向環境中輸出了許多變數，為各個子目錄下的 Makefile 傳遞一些資訊。有些變數，比如 SUBDIRS，不僅在頂層 Makefile 中定義並且賦初值，而且在 arch/*/Makefile 還作了擴充。
常用的變數有以下幾類：
1） 版本資訊
版本資訊有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。版本資訊定義了當前核心的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它們共同構成核心的發行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7
2） CPU 體系結構：ARCH
在頂層 Makefile 的開頭，用 ARCH 定義目標 CPU 的體系結構，比如 ARCH:=arm 等。許多子目錄的 Makefile 中，要根據 ARCH 的定義選擇編譯原始檔的列表。
3） 路徑資訊：TOPDIR, SUBDIRS
TOPDIR 定義了 Linux 核心原始碼所在的根目錄。例如，各個子目錄下的 Makefile 通過 $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。
SUBDIRS 定義了一個目錄列表，在編譯核心或模組時，頂層 Makefile 就是根據 SUBDIRS 來決定進入哪些子目錄。SUBDIRS 的值取決於核心的配置，在頂層 Makefile 中 SUBDIRS 賦值為 kernel drivers mm fs net ipc lib；根據核心的配置情況，在 arch/*/Makefile 中擴充了 SUBDIRS 的值，參見4）中的例子。
4） 核心組成資訊：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS
Linux 核心檔案 vmlinux 是由以下規則產生的：
vmlinux: $(CONFIGURATION) init/main.o init/version.o linuxsubdirs
$(LD) $(LINKFLAGS) $(HEAD) init/main.o init/version.o \
--start-group \
$(CORE_FILES) \
$(DRIVERS) \
$(NETWORKS) \
$(LIBS) \
--end-group \
-o vmlinux
可以看出，vmlinux 是由 HEAD、main.o、version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 組成的。這些變數（如 HEAD）都是用來定義連線生成 vmlinux 的目標檔案和庫檔案列表。其中，HEAD在arch/*/Makefile 中定義，用來確定被最先連結進 vmlinux 的檔案列表。
比如，對於 ARM 系列的 CPU，HEAD 定義為：
HEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o \
arch/arm/kernel/init_task.o
表明 head-$(PROCESSOR).o 和 init_task.o 需要最先被連結到 vmlinux 中。PROCESSOR 為 armv 或 armo，取決於目標 CPU。 CORE_FILES，NETWORK，DRIVERS 和 LIBS 在頂層 Makefile 中定義，並且由 arch/*/Makefile 根據需要進行擴充。 CORE_FILES 對應著核心的核心檔案，有 kernel/kernel.o，mm/mm.o，fs/fs.o，ipc/ipc.o，可以看出，這些是組成核心最為重要的檔案。同時，arch/arm/Makefile 對 CORE_FILES 進行了擴充：
# arch/arm/Makefile
# If we have a machine-specific directory, then include it in the build.
MACHDIR := arch/arm/mach-$(MACHINE)
ifeq ($(MACHDIR),$(wildcard $(MACHDIR)))
SUBDIRS += $(MACHDIR)
CORE_FILES := $(MACHDIR)/$(MACHINE).o $(CORE_FILES)
endif
HEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o \
arch/arm/kernel/init_task.o
SUBDIRS += arch/arm/kernel arch/arm/mm arch/arm/lib arch/arm/nwfpe
CORE_FILES := arch/arm/kernel/kernel.o arch/arm/mm/mm.o $(CORE_FILES)
LIBS := arch/arm/lib/lib.a $(LIBS)
5） 編譯資訊：CPP, CC, AS, LD, AR，CFLAGS，LINKFLAGS
在 Rules.make 中定義的是編譯的通用規則，具體到特定的場合，需要明確給出編譯環境，編譯環境就是在以上的變數中定義的。針對交叉編譯的要求，定義了 CROSS_COMPILE。比如：
CROSS_COMPILE = arm-linux-
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
......
CROSS_COMPILE 定義了交叉編譯器字首 arm-linux-，表明所有的交叉編譯工具都是以 arm-linux- 開頭的，所以在各個交叉編譯器工具之前，都加入了 $(CROSS_COMPILE)，以組成一個完整的交叉編譯工具檔名，比如 arm-linux-gcc。
CFLAGS 定義了傳遞給 C 編譯器的引數。
LINKFLAGS 是連結生成 vmlinux 時，由連結器使用的引數。LINKFLAGS 在 arm/*/Makefile 中定義，比如：
# arch/arm/Makefile
LINKFLAGS :=-p -X -T arch/arm/vmlinux.lds
6） 配置變數CONFIG_*
.config 檔案中有許多的配置變數等式，用來說明使用者配置的結果。例如 CONFIG_MODULES=y 表明使用者選擇了 Linux 核心的模組功能。
.config 被頂層 Makefile 包含後，就形成許多的配置變數，每個配置變數具有確定的值：y 表示本編譯選項對應的核心程式碼被靜態編譯進 Linux 核心；m 表示本編譯選項對應的核心程式碼被編譯成模組；n 表示不選擇此編譯選項；如果根本就沒有選擇，那麼配置變數的值為空。
2.3 Rules.make 變數
前面講過，Rules.make 是編譯規則檔案，所有的 Makefile 中都會包括 Rules.make。Rules.make 檔案定義了許多變數，最為重要是那些編譯、連結列表變數。
O_OBJS，L_OBJS，OX_OBJS，LX_OBJS：本目錄下需要編譯進 Linux 核心 vmlinux 的目標檔案列表，其中 OX_OBJS 和 LX_OBJS 中的 "X" 表明目標檔案使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號。
M_OBJS，MX_OBJS：本目錄下需要被編譯成可裝載模組的目標檔案列表。同樣，MX_OBJS 中的 "X" 表明目標檔案使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號。
O_TARGET，L_TARGET：每個子目錄下都有一個 O_TARGET 或 L_TARGET，Rules.make 首先從原始碼編譯生成 O_OBJS 和 OX_OBJS 中所有的目標檔案，然後使用 $(LD) -r 把它們連結成一個 O_TARGET 或 L_TARGET。O_TARGET 以 .o 結尾，而 L_TARGET 以 .a 結尾。
2.4 子目錄 Makefile
子目錄 Makefile 用來控制本級目錄以下原始碼的編譯規則。我們通過一個例子來講解子目錄 Makefile 的組成：
#
# Makefile for the linux kernel.
#
# All of the (potential) objects that export symbols.
# This list comes from 'grep -l EXPORT_SYMBOL *.[hc]'.
export-objs := tc.o
# Object file lists.
obj-y :=
obj-m :=
obj-n :=
obj- :=
obj-$(CONFIG_TC) += tc.o
obj-$(CONFIG_ZS) += zs.o
obj-$(CONFIG_VT) += lk201.o lk201-map.o lk201-remap.o
# Files that are both resident and modular: remove from modular.
obj-m := $(filter-out $(obj-y), $(obj-m))
# Translate to Rules.make lists.
L_TARGET := tc.a
L_OBJS := $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-y)))
LX_OBJS := $(sort $(filter $(export-objs), $(obj-y)))
M_OBJS := $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-m)))
MX_OBJS := $(sort $(filter $(export-objs), $(obj-m)))
include $(TOPDIR)/Rules.make
a) 註釋
對 Makefile 的說明和解釋，由#開始。
b) 編譯目標定義
類似於 obj-$(CONFIG_TC) += tc.o 的語句是用來定義編譯的目標，是子目錄 Makefile 中最重要的部分。編譯目標定義那些在本子目錄下，需要編譯到 Linux 核心中的目標檔案列表。為了只在使用者選擇了此功能後才編譯，所有的目標定義都融合了對配置變數的判斷。
前面說過，每個配置變數取值範圍是：y，n，m 和空，obj-$(CONFIG_TC) 分別對應著 obj-y，obj-n，obj-m，obj-。如果 CONFIG_TC 配置為 y，那麼 tc.o 就進入了 obj-y 列表。obj-y 為包含到 Linux 核心 vmlinux 中的目標檔案列表；obj-m 為編譯成模組的目標檔案列表；obj-n 和 obj- 中的檔案列表被忽略。配置系統就根據這些列表的屬性進行編譯和連結。
export-objs 中的目標檔案都使用了 EXPORT_SYMBOL() 定義了公共的符號，以便可裝載模組使用。在 tc.c 檔案的最後部分，有 "EXPORT_SYMBOL(search_tc_card);"，表明 tc.o 有符號輸出。
這裡需要指出的是，對於編譯目標的定義，存在著兩種格式，分別是老式定義和新式定義。老式定義就是前面 Rules.make 使用的那些變數，新式定義就是 obj-y，obj-m，obj-n 和 obj-。Linux 核心推薦使用新式定義，不過由於 Rules.make 不理解新式定義，需要在 Makefile 中的適配段將其轉換成老式定義。
c) 適配段
適配段的作用是將新式定義轉換成老式定義。在上面的例子中，適配段就是將 obj-y 和 obj-m 轉換成 Rules.make 能夠理解的 L_TARGET，L_OBJS，LX_OBJS，M_OBJS，MX_OBJS。
L_OBJS := $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-y))) 定義了 L_OBJS 的生成方式：在 obj-y 的列表中過濾掉 export-objs（tc.o），然後排序並去除重複的檔名。這裡使用到了 GNU Make 的一些特殊功能，具體的含義可參考 Make 的文件（info make）。
d) include $(TOPDIR)/Rules.make
3． 配置檔案
3.1 配置功能概述
除了 Makefile 的編寫，另外一個重要的工作就是把新功能加入到 Linux 的配置選項中，提供此項功能的說明，讓使用者有機會選擇此項功能。所有的這些都需要在 config.in 檔案中用配置語言來編寫配置指令碼，
在 Linux 核心中，配置命令有多種方式：
配置命令 解釋指令碼
Make config, make oldconfig scripts/Configure
Make menuconfig scripts/Menuconfig
Make xconfig scripts/tkparse
以字元介面配置（make config）為例，頂層 Makefile 呼叫 scripts/Configure， 按照 arch/arm/config.in 來進行配置。命令執行完後產生檔案 .config，其中儲存著配置資訊。下一次再做 make config 將產生新的 .config 檔案，原 .config 被改名為 .config.old
3.2 配置語言
1） 頂層選單
mainmenu_name /prompt/ /prompt/ 是用'或"包圍的字串，'與"的區別是'…'中可使用$引用變數的值。mainmenu_name 設定最高層選單的名字，它只在 make xconfig 時才會顯示。
2） 詢問語句
bool /prompt/ /symbol/
hex /prompt/ /symbol/ /word/
int /prompt/ /symbol/ /word/
string /prompt/ /symbol/ /word/
tristate /prompt/ /symbol/
詢問語句首先顯示一串提示符 /prompt/，等待使用者輸入，並把輸入的結果賦給 /symbol/ 所代表的配置變數。不同的詢問語句的區別在於它們接受的輸入資料型別不同，比如 bool 接受布林型別（ y 或 n ），hex 接受 16 進位制資料。有些詢問語句還有第三個引數 /word/，用來給出預設值。
3） 定義語句
define_bool /symbol/ /word/
define_hex /symbol/ /word/
define_int /symbol/ /word/
define_string /symbol/ /word/
define_tristate /symbol/ /word/
不同於詢問語句等待使用者輸入，定義語句顯式的給配置變數 /symbol/ 賦值 /word/。
4） 依賴語句
dep_bool /prompt/ /symbol/ /dep/ ...
dep_mbool /prompt/ /symbol/ /dep/ ...
dep_hex /prompt/ /symbol/ /word/ /dep/ ...
dep_int /prompt/ /symbol/ /word/ /dep/ ...
dep_string /prompt/ /symbol/ /word/ /dep/ ...
dep_tristate /prompt/ /symbol/ /dep/ ...
與詢問語句類似，依賴語句也是定義新的配置變數。不同的是，配置變數/symbol/的取值範圍將依賴於配置變數列表/dep/ …。這就意味著：被定義的配置變數所對應功能的取捨取決於依賴列表所對應功能的選擇。以dep_bool為例，如果/dep/ …列表的所有配置變數都取值y，則顯示/prompt/，使用者可輸入任意的值給配置變數/symbol/，但是隻要有一個配置變數的取值為n，則/symbol/被強制成n。
不同依賴語句的區別在於它們由依賴條件所產生的取值範圍不同。
5） 選擇語句
choice /prompt/ /word/ /word/
choice 語句首先給出一串選擇列表，供使用者選擇其中一種。比如 Linux for ARM 支援多種基於 ARM core 的 CPU，Linux 使用 choice 語句提供一個 CPU 列表，供使用者選擇：
choice 'ARM system type' \
"Anakin CONFIG_ARCH_ANAKIN \
Archimedes/A5000 CONFIG_ARCH_ARCA5K \
Cirrus-CL-PS7500FE CONFIG_ARCH_CLPS7500 \
……
SA1100-based CONFIG_ARCH_SA1100 \
Shark CONFIG_ARCH_SHARK" RiscPC
Choice 首先顯示 /prompt/，然後將 /word/ 分解成前後兩個部分，前部分為對應選擇的提示符，後部分是對應選擇的配置變數。使用者選擇的配置變數為 y，其餘的都為 n。
6） if語句
if [ /expr/ ] ; then
/statement/
...
fi
if [ /expr/ ] ; then
/statement/
...
else
/statement/
...
fi
if 語句對配置變數（或配置變數的組合）進行判斷，並作出不同的處理。判斷條件 /expr/ 可以是單個配置變數或字串，也可以是帶操作符的表示式。操作符有：=，!=，-o，-a 等。
7） 選單塊（menu block）語句
mainmenu_option next_comment
comment '…..'
…
endmenu
引入新的選單。在向核心增加新的功能後，需要相應的增加新的選單，並在新選單下給出此項功能的配置選項。Comment 後帶的註釋就是新選單的名稱。所有歸屬於此選單的配置選項語句都寫在 comment 和 endmenu 之間。
8） Source 語句
source /word/
/word/ 是檔名，source 的作用是調入新的檔案。
3.3 預設配置
Linux 核心支援非常多的硬體平臺，對於具體的硬體平臺而言，有些配置就是必需的，有些配置就不是必需的。另外，新增加功能的正常執行往往也需要一定的先決條件，針對新功能，必須作相應的配置。因此，特定硬體平臺能夠正常執行對應著一個最小的基本配置，這就是預設配置。
Linux 核心中針對每個 ARCH 都會有一個預設配置。在向核心程式碼增加了新的功能後，如果新功能對於這個 ARCH 是必需的，就要修改此 ARCH 的預設配置。修改方法如下（在 Linux 核心根目錄下）：
備份 .config 檔案
cp arch/arm/deconfig .config
修改 .config
cp .config arch/arm/deconfig
恢復 .config
如果新增的功能適用於許多的 ARCH，只要針對具體的 ARCH，重複上面的步驟就可以了。
3.4 help file
大家都有這樣的經驗，在配置 Linux 核心時，遇到不懂含義的配置選項，可以檢視它的幫助，從中可得到選擇的建議。下面我們就看看如何給給一個配置選項增加幫助資訊。
所有配置選項的幫助資訊都在 Documentation/Configure.help 中，它的格式為：
<description>
<variable name>
<help file>
<description> 給出本配置選項的名稱，<variable name> 對應配置變數，<help file> 對應配置幫助資訊。在幫助資訊中，首先簡單描述此功能，其次說明選擇了此功能後會有什麼效果，不選擇又有什麼效果，最後，不要忘了寫上"如果不清楚，選擇 N（或者）Y"，給不知所措的使用者以提示。
4． 例項
對於一個開發者來說，將自己開發的核心程式碼加入到 Linux 核心中，需要有三個步驟。首先確定把自己開發程式碼放入到核心的位置；其次，把自己開發的功能增加到 Linux 核心的配置選項中，使使用者能夠選擇此功能；最後，構建子目錄 Makefile，根據使用者的選擇，將相應的程式碼編譯到最終生成的 Linux 核心中去。下面，我們就通過一個簡單的例子--test driver，結合前面學到的知識，來說明如何向 Linux 核心中增加新的功能。
4.1 目錄結構
test driver 放置在 drivers/test/ 目錄下：
$cd drivers/test
$tree
.
|-- Config.in
|-- Makefile
|-- cpu
| |-- Makefile
| `-- cpu.c
|-- test.c
|-- test_client.c
|-- test_ioctl.c
|-- test_proc.c
|-- test_queue.c
`-- test
|-- Makefile
`-- test.c
4.2 配置檔案
1） drivers/test/Config.in
#
# TEST driver configuration
#
mainmenu_option next_comment
comment 'TEST Driver'
bool 'TEST support' CONFIG_TEST
if [ "$CONFIG_TEST" = "y" ]; then
tristate 'TEST user-space interface' CONFIG_TEST_USER
bool 'TEST CPU ' CONFIG_TEST_CPU
fi
endmenu
由於 test driver 對於核心來說是新的功能，所以首先建立一個選單 TEST Driver。然後，顯示 "TEST support"，等待使用者選擇；接下來判斷使用者是否選擇了 TEST Driver，如果是（CONFIG_TEST=y），則進一步顯示子功能：使用者介面與 CPU 功能支援；由於使用者介面功能可以被編譯成核心模組，所以這裡的詢問語句使用了 tristate（因為 tristate 的取值範圍包括 y、n 和 m，m 就是對應著模組）。
2） arch/arm/config.in
在檔案的最後加入：source drivers/test/Config.in，將 TEST Driver 子功能的配置納入到 Linux 核心的配置中。
4.3 Makefile
1）drivers/test/Makefile
# drivers/test/Makefile
#
# Makefile for the TEST.
#
SUB_DIRS :=
MOD_SUB_DIRS := $(SUB_DIRS)
ALL_SUB_DIRS := $(SUB_DIRS) cpu
L_TARGET := test.a
export-objs := test.o test_client.o
obj-$(CONFIG_TEST) += test.o test_queue.o test_client.o
obj-$(CONFIG_TEST_USER) += test_ioctl.o
obj-$(CONFIG_PROC_FS) += test_proc.o
subdir-$(CONFIG_TEST_CPU) += cpu
include $(TOPDIR)/Rules.make
clean:
for dir in $(ALL_SUB_DIRS); do make -C $$dir clean; done
rm -f *.[oa] .*.flags
drivers/test 目錄下最終生成的目標檔案是 test.a。在 test.c 和 test-client.c 中使用了 EXPORT_SYMBOL 輸出符號，所以 test.o 和 test-client.o 位於 export-objs 列表中。然後，根據使用者的選擇（具體來說，就是配置變數的取值），構建各自對應的 obj-* 列表。由於 TEST Driver 中包一個子目錄 cpu，當 CONFIG_TEST_CPU=y（即使用者選擇了此功能）時，需要將 cpu 目錄加入到 subdir-y 列表中。
2）drivers/test/cpu/Makefile
# drivers/test/test/Makefile
#
# Makefile for the TEST CPU
#
SUB_DIRS :=
MOD_SUB_DIRS := $(SUB_DIRS)
ALL_SUB_DIRS := $(SUB_DIRS)
L_TARGET := test_cpu.a
obj-$(CONFIG_test_CPU) += cpu.o
include $(TOPDIR)/Rules.make
clean:
rm -f *.[oa] .*.flags
3）drivers/Makefile
……
subdir-$(CONFIG_TEST) += test
……
include $(TOPDIR)/Rules.make
在 drivers/Makefile 中加入 subdir-$(CONFIG_TEST)+= test，使得在使用者選擇 TEST Driver 功能後，核心編譯時能夠進入 test 目錄。
4）Makefile
……
DRIVERS-$(CONFIG_PLD) += drivers/pld/pld.o
DRIVERS-$(CONFIG_TEST) += drivers/test/test.a
DRIVERS-$(CONFIG_TEST_CPU) += drivers/test/cpu/test_cpu.a
DRIVERS := $(DRIVERS-y)
……
在頂層 Makefile 中加入 DRIVERS-$(CONFIG_TEST) += drivers/test/test.a 和 DRIVERS-$(CONFIG_TEST_CPU) += drivers/test/cpu/test_cpu.a。如何使用者選擇了 TEST Driver，那麼 CONFIG_TEST 和 CONFIG_TEST_CPU 都是 y，test.a 和 test_cpu.a 就都位於 DRIVERS-y 列表中，然後又被放置在 DRIVERS 列表中。在前面曾經提到過，Linux 核心檔案 vmlinux 的組成中包括 DRIVERS，所以 test.a 和 test_cpu.a 最終可被連結到 vmlinux 中。