Linux核心編譯詳解
學習了網上的一些資料,自己試著摸索了一下,整理出此文。
由於在下水平相當有限,不當之處,還望大家批評指正^_^
重要的參考資料有:
好了,下面進入正題。
一、準備工作
準備工作如何做,這裡就不詳說了。
a) 首先,你要有一臺PC(這不廢話麼^_^),裝好了Linux。
b) 安裝好GCC(這個指的是host gcc,用於編譯生成運行於pc機程式的)、make、ncurses等工具。
c) 下載一份純淨的Linux核心原始碼包,並解壓好。
注意,如果你是為當前PC機編譯核心,最好使用相應的Linux發行版的原始碼包。
不過這應該也不是必須的,因為我在我的Fedora 13上(其自帶的核心版本是2.6.33.3),就下載了一個標準的核心linux-2.6.32.65.tar.xz,並且順利的編譯安裝成功了,上電重啟都OK的。
d) 如果你是移植Linux到嵌入式系統,則還要再下載安裝交叉編譯工具鏈。
例如,你的目標單板CPU可能是arm或mips等cpu,則安裝相應的交叉編譯工具鏈。安裝後,需要將工具鏈路徑新增到PATH環境變數中。例如,你安裝的是arm工具鏈,那麼你在shell中執行類似如下的命令,假如有類似的輸出,就說明安裝好了。
[[email protected] linux-2.6.33.i686]# arm-linux-gcc --version
arm-linux-gcc (Buildroot 2010.11) 4.3.5
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
二、設定編譯目標
在配置或編譯核心之前,首先要確定目標CPU架構,以及編譯時採用什麼工具鏈。這是最最基礎的資訊,首先要確定的。
如果你是為當前使用的PC機編譯核心,則無須設定。
否則的話,就要明確設定。
這裡以arm為例,來說明。
有兩種設定方法():
a) 修改Makefile
開啟核心原始碼根目錄下的Makefile,修改如下兩個Makefile變數並儲存。
ARCH := arm
CROSS_COMPILE := arm-linux-
注意,這裡cross_compile的設定,是假定所用的交叉工具鏈的gcc程式名稱為arm-linux-gcc。如果實際使用的gcc名稱是some-thing-else-gcc,則這裡照葫蘆畫瓢填some-thing-else-即可
b) 每次執行make命令時,都通過命令列引數傳入這些資訊。
這其實是通過make工具的命令列引數指定變數的值。
例如
配置核心時時,使用
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- menuconfig
編譯核心時使用
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-
注意,實際上,對於編譯PC機核心的情況,雖然使用者沒有明確設定,但並不是這兩項沒有配置。因為如果使用者沒有設定這兩項,核心原始碼頂層Makefile(位於原始碼根目錄下)會通過如下方式生成這兩個變數的值。
SUBARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ \
-e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/ \
-e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ \
-e s/ppc.*/powerpc/ -e s/mips.*/mips/ \
-e s/sh[234].*/sh/ )
ARCH?=
$(SUBARCH)
CROSS_COMPILE?=
經過上面的程式碼,ARCH變成了PC編譯機的arch,即SUBARCH。因此,如果PC機上uname -m輸出的是ix86,則ARCH的值就成了i386。
而CROSS_COMPILE的值,如果沒配置,則為空字串。這樣一來所使用的工具鏈程式的名稱,就不再有類似arm-linux-這樣的字首,就相當於使用了PC機上的gcc。
最後再多說兩句,ARCH的值還需要再進一步做泛化。因為核心原始碼的arch目錄下,不存在i386這個目錄,也沒有sparc64這樣的目錄。
因此頂層makefile中又構造了一個SRCARCH變數,通過如下程式碼,生成他的值。這樣一來,SRCARCH變數,才最終匹配到核心原始碼arch目錄中的某一個架構名。
SRCARCH := $(ARCH)
ifeq ($(ARCH),i386)
SRCARCH := x86
endif
ifeq ($(ARCH),x86_64)
SRCARCH := x86
endif
ifeq ($(ARCH),sparc64)
SRCARCH := sparc
endif
ifeq ($(ARCH),sh64)
SRCARCH := sh
endif
三、配置核心
核心的功能那麼多,我們需要哪些部分,每個部分編譯成什麼形式(編進核心還是編成模組),每個部分的工作引數如何,這些都是可以配置的。因此,在開始編譯之前,我們需要構建出一份配置清單,放到核心原始碼根目錄下,命名為.config檔案,然後根據此.config檔案,編譯出我們需要的核心。
但是,核心的配置項太多了,一個一個配,太麻煩了。而且,不同的CPU架構,所能配置的配置項集合,是不一樣的。例如,某種CPU的某個功能特性要不要支援的配置項,就是與CPU架構有關的配置項。所以,核心提供了一種簡單的配置方法。
以arm為例,具體做法如下。
a) 根據我們的目標CPU架構,從核心原始碼arch/arm/configs目錄下,找一個與目標系統最接近的配置檔案(例如s3c2410_defconfig),拷貝到核心原始碼根目錄下,命名為.config。
注意,如果你是為當前PC機編譯核心,最好拷貝如下檔案到核心原始碼根目錄下,做為初始配置檔案。這個檔案,是PC機當前執行的核心編譯時使用的配置檔案。
/lib/modules/`uname -r`/build/.config
這裡順便多說兩句,PC機核心的配置檔案,選擇的功能真是多。不編不知道,一編才知道。Linux發行方這樣做的目的,可能是想讓所發行的Linux能夠滿足使用者的各種需求吧。
b) 執行make menuconfig對此配置做一些需要的修改,退出時選擇儲存,就將新的配置更新到.config檔案中了。
注意-1,我們執行此操作時,核心打開了一組配置項集合,讓我們進行配置。這一組配置項集合,是由我們前面設定的CPU架構決定的。說得細一點,配置系統開啟arch/arm/Kconfig檔案(make menuconfig執行時能看到有一行“scripts/kconfig/mconf arch/arm/Kconfig”這樣的列印),這個檔案又包含了其他核心子系統的Kconfig檔案(檔名也可能是其他名字),其他子系統的Kconfig檔案,再層層包含下層的Kconfig檔案,從而生成了全部的配置項集合。而每一項配置項,當前設定的值(例如,是編進核心,還是編譯成模組,或者也可能是一項引數),則是由核心原始碼根目錄下的.config檔案生成的。
注意-2,即使你不需要對配置進行任何修改,都務必請執行一下make menuconfig,然後進入配置介面後直接退出並儲存。不然的話,後面的編譯可能會遇到問題。筆者就遇到過這個問題。筆者猜測原因可能是,初始的配置檔案是基於老版本的核心做的,新版本的核心可能新增了一些基礎功能項,從而導致功能項之間的依賴關係發生了變化。例如,老的配置檔案中選中的一個功能項,在新版核心中的實現,可能依賴了更多的其他功能項。因此需要對舊的初始配置檔案進行一些調整,從而保證各個功能項的依賴條件得到滿足。經過make
menuconfig之後,筆者發現,.config檔案的內容的確發生了變化。
四、編譯核心
編譯本身很簡單,對於2.6版本以上的核心,執行如下一條命令就搞定了。
make
我們不妨花點時間,理解一下核心編譯的機制。
a) 核心如何使用config檔案
前面生成了.config檔案,這是個文字檔案,其中都是一些類似如下的內容:
CONFIG_YENTA_ENE_TUNE=y
CONFIG_YENTA_TOSHIBA=y
CONFIG_PD6729=m
CONFIG_I82092=m
CONFIG_MTDRAM_ERASE_SIZE=128
能看出,有些是設定了將某個功能編譯進核心,有些是設定了將某個功能編譯成模組,有些是設定了某個功能的某個引數。
這個檔案的語法,其實就是定義makefile變數的語法。沒錯,這就是makefile。
當我們執行make開始編譯核心的時候,編譯系統還會生成另一個config檔案,那就是include/config/auto.conf。裡面的內容和.config類似,只是內容少了一些。
核心編譯的時候,頂層Makefile(位於原始碼根目錄下),會包含上述config檔案。
這樣就獲得了相應的makefile變數,從而知道如何編譯核心的各個部分。
從頂層makefile中,可以看到如下程式碼:
ifeq ($(dot-config),1)
# Read in config
-include include/config/auto.conf
但是,這兩個config檔案的關係如何,到底會包含哪個,在下也沒有理清。有清楚的,還望賜教:)
b) 核心如何編譯各個子系統或模組
從上一步知道,通過config檔案,核心頂層makefile已經生成了大量的makefile變數。
另一方面,每個子系統或模組,他們的原始碼目錄中,都有一個Makefile,其中定義了本子系統或模組所需要編譯的內容。
接下來,make工具就可以帶著頂層makefile中生成的大量的makefile變數,一層層進入到各個子系統或模組所在的目錄中去,去實現各目錄中Makefile中定義的內容的編譯。
而這些目錄中的Makefile可以說是非常簡單。
如果某個目錄下,只有一個模組hello,此模組只有一個.c檔案,例如xxx.c。那麼其Makefile的全部內容只有如下一行。
obj-$(CONFIG_HELLO) := hello.o
如果hello模組,由main.c a.c b.c三個檔案構成,則Makefile也只需要兩行內容。
obj-$(CONFIG_HELLO) := hello.o
hello-objs := main.o a.o b.o
如果一個目錄下存放了多個模組的C檔案,別是hello、hello2、hello3。
hello模組的構成:main.c a.c b.chello2模組的構成:main2.c a2.c b2.chello3模組的構成:hello3.c此時,Makefile只需要5行內容。
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
obj-$(CONFIG_HELLO2) += hello2.o
obj-$(CONFIG_HELLO3) += hello3.o
hello-objs := main.o a.o b.o
hello2-objs := main2.o a2.o b2.o
由於頂層Makefile中帶有大量的變數,因此,子目錄內Makefile中的$(CONFIG_HELLO) 變數經過解析後,會變成y或m。這樣的話,每個子目錄中的Makefile經過解析後,等於只是定義了一個變數,變數名為obj-m或obj-y。
變數obj-m或obj-y的值,則是一串.o檔案的列表。表中每一項,代表一個功能項。如果變數名為obj-m,則此功能被編譯成模組。如果變數名為obj-y,則此功能被編進核心。
c) 核心程式碼中,如何知道某個功能有沒有配置,配置成了什麼形式
當我們執行make開始編譯核心的時候,編譯系統還會生成一個C語言標頭檔案include/generated/autoconf.h
這個檔案中都是類似如下的內容:
#define CONFIG_DM9000 1
#define CONFIG_DM9000_DEBUGLEVEL 4
#define CONFIG_SND_RAWMIDI_SEQ_MODULE 1
第一行,是說明使用者選擇了將DM9000這個驅動編進核心,第二行是此驅動的一個引數。如果使用者選擇的是將DM9000編譯成模組,則第一行的內容就變成如下形式了。
#define CONFIG_DM9000_MODULE 1
有了這個標頭檔案,某個核心原始碼的.c檔案中如果包含了這個標頭檔案,通過#ifdef CONFIG_XXX就可以知道使用者有沒有配置XXX功能了。
好了,核心編譯機制,在下理解的也很有限,這裡就不多說了^_^
五、安裝核心
a) 為當前PC機安裝核心
依次執行如下兩條命令,分別完成模組和核心的安裝。
make modules_installmake install
然後開啟boot/grub/grub.conf,會看到裡面多出了一個條目。
將其中的timeout修改為5,以便開機時有5秒的時間選擇啟動哪一個核心。
最後,重啟電腦。在bootloader介面出現時,選擇啟動新核心即可。
b) 為嵌入式系統安裝核心
這就不是一句兩句能說清的了,具體問題大家自己具體參考相關資料吧^_^
對於一般的arm單板,常見的方法是,PC機通過SecureCrt連線單板串列埠,通過網線連線單板網口,PC機上啟動tftp伺服器,把核心映像zImage檔案放到tftp下載目錄中。重啟單板,SecureCrt中看到u-boot啟動倒計時的時候,按任意鍵進入u-boot互動介面。然後在這個介面下,通過相關命令下載核心映像zImage檔案,然後通過命令將下載的zImage燒寫到單板的FLASH中。最後重啟單板即可。
至於模組的安裝,則很簡單,通過如下一條命令搞定
make -C /path/to/kernel_src_dir modules_install INSTALL_MOD_PATH=/path/to/rootfs_dir
上面的命令執行後,模組就已經安裝到目標系統的根檔案系統中了 。
當然,上面的根檔案系統只是按一定的結構組織起來的一組目錄與檔案,他還需要被打包成具體的檔案系統格式(如CramFS,squashfs,jffs2等),然後燒寫到flash中才能最終使用^_^
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