嵌入式开发实作（Linux内核编译及安装）

部分内容译自《Embedded Linux kernel and driver development》by Michael Opdenacker

刘建文（http://blog.csdn.net/keminlau）

KEY:Linux 内核编译 内核配置 嵌入式

内核配置（Kernel configuration）

Makefile版本修改

为了区别基于同一源码构建（bulid）的不内核镜像，可使用变量EXTRAVERSION（定义位于makefile的顶部）：

$ head -4 makefileVERSION = 2PATCHLEVEL = 6SUBLEVEL = 7EXTRAVERSION = -acme1

运行“uname --r”会返回： 2.6.7--acme1

内核配置

先定义内核需要什么特性，并进行配置。内核构建系统（The kernel build system）远不是简单用来构建整个内核和模块，想了解更多的高级内核构建选项，你可以查看 Documentation/kbuild 目录内的内核文档。

可用的配置命令和方式：

• make xconfig
• make menuconfig
• make oldconfig
• 或者 手动编写

内核配置文件.config与内核编译makefile？

内核是利用make编译并安装的一个C程序。而这个C程序很现代很复杂，仅凭单一个makefile难以完成编译任务。假设内核编译只需要一个makefile，这个makefile具体也会因编译不同功能特性的内核而有所不同，也就是说在编译内核先“编译”编译的所需要的makefile，这个makefile是动态生成的。那么这个动态的makefile从何而来呢？答案是config命令通过读取[内核配置文件]（kernel configuration file）来生成编译内核所需要所有文件（包括makefile）；那[内核配置文件]又是哪来的呢？还是make生成的，各种make的config（xconfig/menuconfig）会生成所需要的[内核配置文件]。

内核配置文件（kernel configuration file）保存为内核源代码的顶层目录的.config文件。发行版的内核配置文件通常在/boot/内。

命令：make xconfig

• qconf: 全新的基于QT的配置接口，2.6版本内核
• 更易使用（切记阅读 help -> introduction: useful options!）
• 具有文件浏览功能，更易的加载配置文件

命令：make menuconfig

• 老式字符界面，依然很管用。你够自信，完全可以手写配置文件！

命令：make oldconfig

• 用于升级早期发布内核的配置文件
• 对一些绝对符号（obsolete symbols）发出警告
• 询问新符号的配置值

何为makefile?

makefile包含用以构建应用程序的一组规则集（set of rules）。并且第一条[规则]是特殊的[规则]，叫[默认规则]（default rule）。一条[规则]由三部分组成：目标（target）、前提条件（prerequisites）和命令动作（command）：
target: prereq1 prereq2[tab]commands

[目标]是被构建（made）的[文件]或其它东西。[前提条件]或者叫依赖（dependents）是构建目标的“材料”。而[命令动作]是利用[前提条件]构建[目标]的shell命令。

以下是编译C源码的规则例子：

foo.o: foo.c foo.h[tab]gcc -c foo.c

注意格式，冒号前是[目标]，后是[前提条件]；[命令]在第二行，并且开始于一个tab字符。

 

编译内核

编译和安装内核

编译步骤：

$ cd /usr/src/linux2.6$ make 

安装步骤 (logged as root!)

$ make install$ make modules_install

以下的步骤在2.6版本不再使用：

$ make depends$ make modules (done by make)

提升编译速度

多花一些时间在内核配置上，并且只编译那些你硬件需要的模块。这样可以把编译时间缩短为原来的1/30，并且节省数百MB的空间。另外，你还可以并行编译多个文件：

$ make -j <number>

make 可以并行执行多个目标（target）（KEMIN:前提是目标规则间没有交叉依赖项，这个怎么做到的？）

$ make -j 4

• 即便是在单处理器的工作站上也会很快，读写文件的时间被节省下来了。多线程让CPU保持忙碌。
• number大于4不见得有效了，因为上下文切换过多反而降低的工作的速度。
• make -j <4*number_of_processors>

内核编译tips

• 查看完整的 (gcc, ld)命令行： $ make V=1

• 清理所有的生成文件 (to create patches...): $ make mrproper
• 部分编译：$ make M=drivers/usb/serial
• 单独模块编译：$ make drivers/usb/serial/visor.ko
• 别处编译（假设源码在CDROM）：
  • $ cd /mnt/cdrom/linux-2.6.17.11
  • $ make O=~/linux/linux-2.6.17.11

最终生成的文件

1. vmlinux 原始内核镜像，非压缩的
2. arch/<arch>/boot/zImage zlib压缩的内核镜像（Default image on arm）
3. arch/<arch>/boot/bzImage bzip2压缩的内核镜像。通常很小，足够放入一张软盘（Default image on i386）

安装的文件

• /boot/vmlinuz-<version> 内核镜像；
• /boot/System.map-<version> 保存有内核的符号地址（symbol addresses）；
• /boot/initrd-<version>.img Initial RAM disk：保存有你需要在引导时挂接最终根文件系统的模块。安装命令“make install”为替你运行“mkinitrd ”生成initrd；
• /etc/grub.conf or /etc/lilo.conf
• bootloader的配置文件：“make install”会为你的新内核更新相应的bootloader的配置文件。如果你使用的是LILO，它会在生成配置文件后，执行/sbin/lilo，让LILO的配置生效。
• /lib/modules/<version>/ Kernel modules + extras
  • build/
    为本<version>的内核添加模块所需的所有东西： .config file (build/.config), module symbol information (build/module.symVers), kernel headers (build/include/)
  • kernel/
    内核模块文件 .ko (Kernel Object)，目录结构与源代码目标一一对应。
  • modules.alias
    模块别名记录（用于insmod和modprobe），例如：
    alias sound-－service--?-0 snd_mixer_oss
  • modules.dep
    模块依赖记录（用于insmod和modprobe）
  • modules.symbols
    标识某符号是属于哪个模块的。

这个目录的所有文件都是文本文件，可以直接查看。

小结编译及安装步骤：

1. 编辑Makefile版本信息
2. 定义内核特性，生成配置文件.config，用于编译：make xconfig
3. 编译内核：make
4. 安装内核：make install
5. 安装模块：make modules_install

 

交叉编译内核

Makefile修改

通常通过修改已有的makefile获得

你必须修改目标平台，假设目标平台是ARM，修改以下：

ARCH ?= armCROSS_COMPILE ?= arm-linux-

或运行带参数的make：

$ cd /usr/scr/linuxXX$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- 

内核配置文件

配置过程和本地配置一样； 可以把生成的配置文件（.config）分享给其他人，比如像：

$$ cp .config arch/<arch>/config/acme_defconfig 

这样其他同样开发ACME系统的开发人员可以通过以下命令编译出同样的内核：

$ make acme_defconfig$ 

建立交叉编译环境（Cross--compiling setup）

假设你有ARM的交叉编译工具（cross--compiling toolchain）在 in /usr/local/arm/3.3.2/， 你得把它输出到PATH:

$ export PATH=/usr/local/arm/3.3.2/bin:$PATH 

注意查看内核文档（在Documentation/Changes）有关最低工具版本要求。

编译并安装内核

1. $ make //如果你修改了Makefile

或者

1'. $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

2. 拷贝 arch/<platform>/boot/zImage 到目标系统

$ make modules_install

3. 拷贝 /lib/modules/<version> 到目标系统

你可以通过 arch/<arch>/boot/install.sh 自定义安装，让”make install“自动代劳。

何为交叉编译工具链(cross--compiling toolchain)？

有如任何其它开发活动一般，嵌入式开发的第一步是建立（setting up）用于构建嵌入式Linux内核（当然包括驱动程序）及应用程序的工具链（toolchains ）。不过，嵌入式开发需要是跨平台工具链。跨平台是什么意思呢？一般开发活动是在本地编译，使用是本地的工具链；而由于嵌入式的软硬资源（内存不足、没有本地编译器或操作系统都没有）限制等没法进行本地开发。需要在Linux-x86 主机（HOST）开发，使用主机的编译器生成目标（TARGET）平台代码，这个过程叫交叉编译。

我们常常说的编译器有广义和狭义之分。狭义的编译器只完软件编译（或者叫软件构建）的第一步；广义的编译器包括了软件编译（或者叫软件构建）所需要代码库（比如libc）和其它构建工具（比如汇编器和连接器）。无论是什么编译器都需要支持的代码库和各种构建工具，交叉编译也不例外。一整套广义的编译器称为交叉编译工具链。

何为工具链？

In software, a toolchain is the set of computer programs (tools) that are used to create a product (typically another computer program or system of programs). The tools may be used in a chain, so that the output of each tool becomes the input for the next, but the term is used widely to refer to any set of linked development tools.

A simple software development toolchain consists of a text editor for editing source code, a compiler and linker to transform the source code into an executable program, libraries to provide interfaces to the operating system, and a debugger.

The GNU toolchain is a blanket term for a collection of programming tools produced by the GNU Project. These tools form a toolchain (suite of tools used in a serial manner) used for developing applications and operating systems.

Projects included in the GNU toolchain are:

• * GNU make: Automation tool for compilation and build;
• * GNU Compiler Collection (GCC): Suite of compilers for several programming languages;
• * GNU Binutils: Suite of tools including linker, assembler and other tools;
• * GNU Bison: Parser generator
• * GNU m4: m4 macro processor
• * GNU Debugger (GDB): Code debugging tool;
• * GNU build system (autotools):
  • o Autoconf
  • o Autoheader
  • o Automake
  • o Libtool

参考

• http://www.developingprogrammers.com/index.php/2006/01/05/autotools-tutorial/