Arm Linux Kernel 構建 情景分析

概述

通常做法是以廠商預置的配置為基礎，根據自己需要進行配置。命令：

make ARCH=arm hammerhead_defconfig

本文引用地址：http://www.104case.com/article/201611/317990.htm

執行完畢后，"arch/arm/configs/hammerhead_defconfig" 文件會被到 ".config" ，作為默認配置。

然后運行以下命令根據自己需要進行配置：

make ARCH=arm menuconfig

編譯

通常，需要生成 zImage 和 內核模塊。如果不指定目標，這兩個都會默認生成。命令：

1. # CROSS_COMPILE 的值根據自己情況設定

   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi-

這條命令做了什么呢，把 make 輸出到控制臺的信息貼出來（省略中間相似的信息）：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi- CONFIG_DEBUG_SECTION_MISMATCH=yscripts/kconfig/conf --silentoldconfig KconfigWRAP arch/arm/include/generated/asm/auxvec.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/bitsperlong.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/cputime.h...WRAP arch/arm/include/generated/asm/siginfo.hWRAP arch/arm/include/generated/asm/sizes.hCHK include/linux/version.hUPD include/linux/version.hCHK include/generated/utsrelease.hUPD include/generated/utsrelease.hGenerating include/generated/mach-types.hCC kernel/bounds.sGEN include/generated/bounds.hCC arch/arm/kernel/asm-offsets.sGEN include/generated/asm-offsets.hCALL scripts/checksyscalls.shHOSTCC scripts/dtc/checks.oHOSTCC scripts/dtc/data.o...HOSTCC scripts/conmakehashHOSTCC scripts/recordmcountCC init/main.oCHK include/generated/compile.hUPD include/generated/compile.hCC init/version.oCC init/do_mounts.oCC init/do_mounts_rd.oCC init/do_mounts_initrd.oLD init/mounts.oCC init/initramfs.oCC init/calibrate.oLD init/built-in.o...AR lib/lib.aLD vmlinux.oMODPOST vmlinux.oGEN .versionCHK include/generated/compile.hUPD include/generated/compile.hCC init/version.oLD init/built-in.oLD .tmp_vmlinux1KSYM .tmp_kallsyms1.SAS .tmp_kallsyms1.oLD .tmp_vmlinux2KSYM .tmp_kallsyms2.SAS .tmp_kallsyms2.oLD vmlinuxSYSMAP System.mapSYSMAP .tmp_System.mapOBJCOPY arch/arm/boot/ImageKernel: arch/arm/boot/Image is readyAS arch/arm/boot/compressed/head.oGZIP arch/arm/boot/compressed/piggy.gzipAS arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip.oCC arch/arm/boot/compressed/misc.oCC arch/arm/boot/compressed/decompress.oCC arch/arm/boot/compressed/string.oAS arch/arm/boot/compressed/lib1funcs.oAS arch/arm/boot/compressed/ashldi3.oLD arch/arm/boot/compressed/vmlinuxOBJCOPY arch/arm/boot/zImageKernel: arch/arm/boot/zImage is readyDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-11.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-11j.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-10.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-c.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-b.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-bn.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-a.dtbDTC arch/arm/boot/msm8974-hammerhead-rev-f.dtbCAT arch/arm/boot/zImage-dtbKernel: arch/arm/boot/zImage-dtb is readymake[1]:沒有什么可以做的為`arch/arm/boot/dtbs。

簡單分析一下，大致做了這么幾件事情：

1. 根據配置信息，生成了一些頭文件
2. 編譯了一些小工具
3. 根據配置信息，有選擇性地編譯一些源碼，將輸出的 obj 鏈接成對應的 built-in.o
4. 生成符號表文件
5. 將所有的 built-in.o 和符號表鏈接成內核 vmlinux
6. 使用 BOJCOPY 從 vmlinux 生成 Image
7. 生成壓縮過的內核 arch/arm/boot/compressed/vmlinux
8. 使用 OBJCOPY 從 壓縮過的內核 vmlinux 生成 zImage
9. 生成 dtb（device tree blob）
10. 將 zImage 和 dtb 連接成一個文件：zImage-dtb

而我們最終需要的文件就是 zImage-dtb（注意：這里沒有生成內核模塊，因為所有的內核功能都被配置為 built-in ，編譯進 zImage-dtb 了）。

要點分析

vmlinux 是 makefile 中的一個目標。makefile 中的規則定義了目標和源碼的關系，命令則定義了如何由源碼生成目標，變量起輔助作用。規則、命令和變量是 makefile 的三大要素。理清 makefile 規則中定義的依賴關系是分析構建過程的關鍵。涉及到的幾個重要文件：

Makefilearch/arm/Makefilearch/arm/boot/Makefilearch/arm/mach-msm/Makefile.bootarch/arm/compressed/Makefile

vmlinux 是一個可執行程序，其鏈接過程必然涉及的鏈接腳本，鏈接腳本是做什么的？看看 ld 手冊中的描述：

通過 lds 文件，我們至少可以知道一個可執行程序的入口在哪里。

這里又要涉及到幾個重要文件：

# 對應 vmlinuxarch/arm/kernel/vmlinux.lds# 對應 /arch/arm/boot/compressed/vmlinuxarch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds

vmlinux 是一個可執行程序，由源碼編譯、鏈接而來。那么是哪些源碼參與了構建過程，又是如何控制這些源碼參與的？后面會分析。

為了分析 makefile，這里借用了 UML 的概念。

用 包 表示 makefile 文件；用 類 表示 目標和文件；用類間依賴表示目標的依賴；用組合表示變量的定義。

下面是一個總圖，表明了各個目標之間的依賴關系：

（紅色邊框是可執行程序，藍色邊框是對應的鏈接腳本）

vmlinux 的構建過程

和 lds 文件的關系

?依賴鏈：

_all->all->vmlinux->$(vmlinux-lds)=arch/arm/kernel/vmlinux.lds

從 _all 到 all：

PHONY += allifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)_all: allelse_all: modulesendif

KBUILD_EXTMOD 只有在內核樹外編譯內核模塊的時候才會定義 M 變量，從而給其賦值，否則為空，這里為空。

從 all 到 vmlinux：

all: vmlinux

從 vmlinux 到 $(vmlinux-lds)：

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

$(vmlinux-lds) 定義：

vmlinux-lds := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

和源碼的關系

?依賴鏈：

_all->all->vmlinux->$(vmlinux-init)+$(vmlinux-main)

看看這個：

# vmlinux# ^# # +-< $(vmlinux-init)#  +--< init/version.o + more# # +--< $(vmlinux-main)#  +--< driver/built-in.o mm/built-in.o + more# # +-< kallsyms.o (see description in CONFIG_KALLSYMS section)

關鍵部分上面已經列出，這里再次列出來：

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

那么 $(vmlinux-init) 連個變量是什么呢？通過分析，第一次展開后為：“$(head-y) $(init-y)”。沒有找到 $(head-y)，而 $(init-y) 最終展開為：init/built-in.o。

到這里有點眉目了（回頭看看 make 過程輸出的信息，里面有大量的 built-in.o）。可以說是眾多的 built-in.o構成了vmlinux。所以 vmlinux 和源碼的關系轉變成了 built-in.o 和源碼的關系。

還是看 make 的輸出信息：

CC init/version.oCC init/do_mounts.oCC init/do_mounts_rd.oCC init/do_mounts_initrd.oLD init/mounts.oCC init/initramfs.oCC init/calibrate.oLD init/built-in.o

可以推測：init/built-in.o 是由 init 目錄下的 源碼編譯、鏈接而成。在 init 目錄下發現 Makefile：

obj-y := main.o version.o mounts.oifneq ($(CONFIG_BLK_DEV_INITRD),y)obj-y += noinitramfs.oelseobj-$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)+= initramfs.oendifobj-$(CONFIG_GENERIC_CALIBRATE_DELAY)+= calibrate.omounts-y := do_mounts.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_RAM)+= do_mounts_rd.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD)+= do_mounts_initrd.omounts-$(CONFIG_BLK_DEV_MD)+= do_mounts_md.o

有內核開發經驗的開發者應該知道，賦值到 obj-y 的目標會被編譯進 vmlinux，至于是如何控制的，推測 kbuild 系統是有參與的，這屬于 make 和 kubild 的內部原理，這里不分析了，知道有這么回事，會用就行了。$(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) 等變量在 .config（沒錯，就是保存內核配置的文件） 文件中定義：

CONFIG_RELAY=yCONFIG_BLK_DEV_INITRD=yCONFIG_INITRAMFS_SOURCE=""

這里 vmlinux 和源碼的關系就搞清了，是由 built-in.o 來當中間人的：

vmlinux<->built-in.o<->*.c

和符號表的關系

略。

arch/arm/boot/comressed/vmlinux 的構建過程

有了分析 vmlinux 的基礎，分析壓縮過的 vmlinux 就容易了。看 規則：

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix_y).o $(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) $(ashldi3) FORCE@$(check_for_multiple_zreladdr)$(call if_changed,ld)@$(check_for_bad_syms)

參與壓縮過的 vmlinux 的構建過程的主要有三類文件：

• 鏈接腳本：arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds
• 解壓代碼：arch/arm/boot/compressed/ 下的源碼
• 壓縮的數據：壓縮的 Image（由未經壓縮的 vmlinux 生成）

因為解壓縮功能和內核開發關系不大，就不具體分析了。