一、Linux 內(nèi)核源碼

到 www.kernel.org 下載官方內(nèi)內(nèi)核。

1.linux內(nèi)核目錄

$ tree kernel/ -L 1
kernel/
├── android
├── arch
├── backported-features
├── block
├── boot.img
├── build.config.cuttlefish.aarch64
├── build.config.cuttlefish.x86_64
├── certs
├── config.old
├── COPYING
├── CREDITS
├── crypto
├── Documentation
├── drivers
├── firmware
├── fs
├── include
├── init
├── ipc
├── Kbuild
├── Kconfig
├── kernel
├── kernel.img
├── lib
├── logo.bmp
├── MAINTAINERS
├── Makefile
├── mm
├── modules.builtin
├── modules.order
├── Module.symvers
├── net
├── README
├── REPORTING-BUGS
├── resource.img
├── samples
├── scripts
├── security
├── sound
├── System.map
├── tools
├── usr
├── verity_dev_keys.x509
├── virt
├── vmlinux
├── vmlinux.o
└── zboot.img

23 directories, 24 file

目錄說明

• arch：包含和硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，每種平臺占一個相應(yīng)的目錄，如 i386、arm、arm64、powerpc、mips 等。Linux 內(nèi)核目前已經(jīng)支持30種左右的體系結(jié)構(gòu)。
  • 在 arch 目錄下，存放的是各個平臺以及各個平臺的芯片對 Linux 內(nèi)核進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、中斷等的支持，以及每個具體的 SoC 和電路板的板級支持代碼。
• block：塊設(shè)備驅(qū)動程序 I/O 調(diào)度。
• crypto：常用加密和散列算法（如AES、SHA等)，還有一些壓縮和 CRC 校驗算法。
• documentation：內(nèi)核各部分的通用解釋和注釋。
• drivers：設(shè)備驅(qū)動程序。每個不同的驅(qū)動占用一個子目錄，如 char、block、net、mtd、 i2c 等。
• fs：所支持的各種文件系統(tǒng)，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2等。
• include：內(nèi)核 API 級別頭文件，與系統(tǒng)相關(guān)的頭文件放置在 include/linux 子目錄下。
• init：內(nèi)核初始化代碼。著名的 stait_kemel() 就位于 init/main.c 文件中。
• ipc：進(jìn)程間通信的代碼。
• kernel：內(nèi)核最核心的部分，包括進(jìn)程調(diào)度、定時器等，而和平臺相關(guān)的一部分代碼放在 arch/*/kemel 目錄下。
• lib：庫文件代碼。
• mm：內(nèi)存管理代碼，和平臺相關(guān)的一部分代碼放在arch/*/mm目錄下。
• net：網(wǎng)絡(luò)相關(guān)代碼，實現(xiàn)各種常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
• scripts：用于配置內(nèi)核的腳本文件。
• security：主要是一個 SELinux 的模塊。
• sound：ALSA、OSS 音頻設(shè)備的驅(qū)動核心代碼和常用設(shè)備驅(qū)動。
• usr：實現(xiàn)用于打包和壓縮的 cpio 等。

2.快速確定主板關(guān)聯(lián)代碼

板級基礎(chǔ)代碼

Linux 移植通常分為體系結(jié)構(gòu)級別移植、處理器級別移植和板級移植 。

• 確定體系架構(gòu)相關(guān)的文件

  $ tree arch/arm64/ -L 1
  arch/arm64/
  ├── boot
  ├── configs
  ├── crypto
  ├── include
  ├── Kconfig
  ├── Kconfig.debug
  ├── Kconfig.platforms
  ├── kernel
  ├── kvm
  ├── lib
  ├── Makefile
  ├── mm
  ├── net
  └── xen
  

  • 確定內(nèi)核配置文件，決定編譯的內(nèi)核模塊和驅(qū)動。

    • 如：默認(rèn)內(nèi)核配置文件為<arch/arm64/configs/rockchip_linux_defconfig>

      # 部分內(nèi)容
      CONFIG_DEFAULT_HOSTNAME="localhost"
      CONFIG_SYSVIPC=y
      CONFIG_POSIX_MQUEUE=y
      CONFIG_FHANDLE=y
      CONFIG_NO_HZ=y
      CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y
      CONFIG_LOG_BUF_SHIFT=18
      CONFIG_CGROUPS=y
      CONFIG_CGROUP_FREEZER=y
      CONFIG_CGROUP_PIDS=y
      CONFIG_CGROUP_DEVICE=y
      CONFIG_CPUSETS=y
      CONFIG_CGROUP_CPUACCT=y
      CONFIG_MEMCG=y
      CONFIG_MEMCG_SWAP=y
      CONFIG_CGROUP_PERF=y
      CONFIG_CGROUP_SCHED=y
      CONFIG_CFS_BANDWIDTH=y
      CONFIG_RT_GROUP_SCHED=y
      CONFIG_BLK_CGROUP=y
      CONFIG_NAMESPACES=y
      CONFIG_USER_NS=y
      ...
      

  • 確定設(shè)備樹文件，決定板級外設(shè)配置

    • 如：<arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-aioc.dts>

• 確定對應(yīng)的主板文件（32位板子）。

  • 如：<arch/arm/mach-omap2/board-am335xevm.c>
  • <arch/arm/mach-mxs/mach-mx28evk.c>

驅(qū)動代碼

? 驅(qū)動代碼在drivers 目錄

其它代碼

? 文件系統(tǒng)的實現(xiàn)代碼、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的實現(xiàn)代碼等。

2.Linux 內(nèi)核中的 Makefile 文件

1）頂層 Makefile

源碼目錄樹頂層 Makefile 是整個內(nèi)核源碼管理的入口，對整個內(nèi)核的源碼編譯起著決定性作用。編譯內(nèi)核時，頂層 Makefile 會按規(guī)則遞歸歷遍內(nèi)核源碼的所有子目錄下的Makefile 文件，完成各子目錄下內(nèi)核模塊的編譯。

內(nèi)核版本號

頂層 Makefile，開頭的幾行記錄了內(nèi)核源碼的版本號 。

VERSION = 2
PATCHLEVEL = 6
SUBLEVEL = 35
EXTRAVERSION =3
#說明代碼版本為 2.6.35.3

內(nèi)核在目標(biāo)板運(yùn)行后，輸入 uname -a 命令可以得到印證 。

編譯控制

• 體系結(jié)構(gòu)

  • Linux 是一個支持眾多體系結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)，在編譯過程中需指定體系結(jié)構(gòu)，以與實際平臺對應(yīng)。在頂層 Makefile 中，通過變量 ARCH 來指定 。

  • ARCH ?= $(SUBARCH)
    #如果進(jìn)行 ARM 嵌入式 Linux 開發(fā)，則必須指定 ARCH 為 arm（注意大小寫，須與 arch/目錄下的 arm 一致）
    #如：$make ARCH=arm
    

• 編譯器

  • 進(jìn)行 ARM 嵌入式 Linux 開發(fā)，必須指定交叉編譯器，可以在內(nèi)核配置通過 CONFIG_CROSS_COMPILE 指定交叉編譯器，也可以通過 CROSS_COMPILE 指定。

  $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE= arm-linux-gnueabihf-

  
  ```makefile
  CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
  #注意： CROSS_COMPILE 指定的交叉編譯器必須事先安裝并正確設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境變量； 如果沒有設(shè)置環(huán)境變量， 則需使用絕對地址
  

2）子目錄的 Makefile

幾乎每個子目錄都有相應(yīng)的 Makefile 文件，管理著對應(yīng)目錄下的代碼。

Makefile 中有兩種表示方式：

• 一種是默認(rèn)選擇編譯，用 obj-y 表示

  • obj-y += usb-host.o # 默認(rèn)編譯 usb-host.c 文件
    obj-y += gpio/ # 默認(rèn)編譯 gpio 目錄
    

• 另一種表示則與內(nèi)核配置選項相關(guān)聯(lián)，編譯與否以及編譯方式取決于內(nèi)核配置 。

  • obj-$(CONFIG_WDT) += wdt.o # wdt.c 編譯控制
    obj-$(CONFIG_PCI) += pci/ # pci 目錄編譯控制
    

    是否編譯 wdt.c 文件，或者以何種方式編譯，取決于內(nèi)核配置后的變量 CONFIG_WDT值：如果在配置中設(shè)置為[*]，則靜態(tài)編譯到內(nèi)核，如果配置為[M]，則編譯為 wdt.ko 模塊，否則不編譯。

3.Linux 內(nèi)核中的 Kconfig 文件

? 內(nèi)核源碼樹每個目錄下都還包含一個 Kconfig 文件，用于描述所在目錄源代碼相關(guān)的內(nèi)核配置菜單，各個目錄的 Kconfig 文件構(gòu)成了一個分布式的內(nèi)核配置數(shù)據(jù)庫。

? 通過 make menuconfig（make xconfig 或者 make gconfig）命令配置內(nèi)核的時候，從 Kconfig 文件讀取單，配置完畢保存到文件名為.config 的內(nèi)核配置文件中，供 Makefile 文件在編譯內(nèi)核時使用。

1）Kconfig的格式

? Kconfig按照一定的格式來書寫，menuconfig程序可以識別這種格式，然后從中提取出有效信息組成menuconfig中的菜單項。

? 截取/drivers/net下的Kconfig文件中的部分內(nèi)容：

# Network device configuration
menuconfig NETDEVICES
        default y if UML
        depends on NET
        bool "Network device support"
        ---help---
          You can say N here if you don't intend to connect your Linux box to any other computer at all.
……
config DM9000
        tristate "DM9000 support"
        depends on ARM || BLACKFIN || MIPS
        select CRC32
        select MII
        ---help---
          Support for DM9000 chipset.

          To compile this driver as a module, choose M here.  The module will be called dm9000.
……
source "drivers/net/arcnet/Kconfig"
source "drivers/net/phy/Kconfig"

• menuconfig：表示菜單（本身屬于一個菜單中的項目，但是又有子菜單項目）、config表示菜單中的一個配置項（本身并沒有子菜單下的項目）。一個menuconfig后面跟著的所有config項就是這個menuconfig的子菜單。這就是Kconfig中表示的目錄關(guān)系。
• NETDEVICES：配置項名字，用大寫字母表示。這個字符串前面添加CONFIG_后就構(gòu)成了“.config”文件中的配置項名字。
• source：內(nèi)核源碼目錄樹中每一個Kconfig都會用source引入其所有子目錄下的Kconfig，從而保證了所有的Kconfig項目都被包含進(jìn)menuconfig中。
  • 如果在linux內(nèi)核中添加了一個文件夾，一定要在這個文件夾下創(chuàng)建一個Kconfig文件，然后在這個文件夾的上一層目錄的Kconfig中source引入這個文件夾下的Kconfig文件。
• tristate：意思是三態(tài)（3種狀態(tài)，對應(yīng)Y、N、M三種選擇方式），意思就是這個配置項可以被三種選擇。
• bool：是要么真要么假（對應(yīng)Y和N）。意思是這個配置項只能被2種選擇。
• depends：意思是本配置項依賴于另一個配置項。如果那個依賴的配置項為Y或者M(jìn)，則本配置項才有意義；如果依賴的哪個配置項本身被設(shè)置為N，則本配置項根本沒有意義。
• select：表示depends on的值有效時，下面的select也會成立，將相應(yīng)的內(nèi)容選上。
• default：表示depends on的值有效時，下面的default也會成立，將相應(yīng)的選項選上，有三種選項，分別對應(yīng)y，n，m。
• help：幫助信息，解釋這個配置項的含義，以及如何去配置他。

2）Kconfig和.config文件和Makefile三者的關(guān)聯(lián)

• 配置項被配置成Y、N、M會影響“.config”文件中的CONFIG_XXX變量的配置值。
• .config”中的配置值（=y、=m、沒有）會影響最終的Makefile編譯鏈接過程，如makefile中：obj-$(CONFIG_DM9000) += dm9000.o
  • 如果=y則會被編入（built-in）；
  • 如果=m會被單獨連接成一個”.ko”內(nèi)核模塊（需要insmod動態(tài)加載到內(nèi)核中）；
  • 如果沒有則對應(yīng)的代碼不會被編譯。

4.Linux 內(nèi)核源碼配置執(zhí)行過程

關(guān)鍵文件

• Kconfig ---> （每個源碼目錄下）提供選項
• .config ---> （源碼頂層目錄下）保存選擇結(jié)果
• Makefile---> （每個源碼目錄下）根據(jù).config中的內(nèi)容來告知編譯系統(tǒng)如何編譯

1）執(zhí)行步驟

• 系統(tǒng)讀取arch/$ARCH/目錄下的Kconfig文件生成整個配置界面選項（Kconfig是整個linux配置機(jī)制的核心）。

  • 那么ARCH環(huán)境變量的值由linux內(nèi)核根目錄下的makefile文件決定的，在makefile有此環(huán)境變量的定義。
  • 或者通過 make ARCH=arm menuconfig命令來生成配置界面。

• 修改內(nèi)核配置后，當(dāng)保存make menuconfig選項時，系統(tǒng)會將配置保存在內(nèi)核根目錄下.config文件。還會將所有的選項以宏的形式保存在Linux內(nèi)核根目錄下的 include/generated/autoconf.h文件下。

  • 內(nèi)核有默認(rèn)配置選項提供，存放在arch/$ARCH/configs下，可以將所需的配置復(fù)制到內(nèi)核根目錄下.config文件。

  $ cp arch/arm64/configs/rockchip_linux_defconfig .config
  

• 執(zhí)行make編譯，會根據(jù).config文件所配置的選項（=y、=m、沒有）逐個進(jìn)行編譯。

  • 或者可以指定編譯配置文件

    # Kernel defconfig
    export RK_KERNEL_DEFCONFIG=rockchip_linux_defconfig
    # Kernel dts
    export RK_KERNEL_DTS=rk3399-firefly-aioc
    
    $ make ARCH=arm64 $RK_KERNEL_DEFCONFIG
    $ make ARCH=arm64 $RK_KERNEL_DTS.img
    

二、配置和編譯 Linux 內(nèi)核

1.快速配置內(nèi)核

進(jìn)入 Linux 內(nèi)核源碼數(shù)頂層目錄，輸入 make menuconfig 命令 。

注意： 主機(jī)須安裝 ncurses 相關(guān)庫才能正確運(yùn)行該命令并出現(xiàn)配置界面 。

如果沒有在 Makefile 中指定 ARCH，則須在命令行中指定

$ make ARCH=arm menuconfig

2.內(nèi)核配置詳情

1）通用設(shè)置 General setup

2）內(nèi)核特性 Kernel Features

3）啟動選項

默認(rèn)啟動參數(shù)通過“Default kernel command string”設(shè)置

(root=/dev/mmcblk0p2 rootwait console=ttyO0,115200) Default kernel command string

內(nèi)核參數(shù)類型通過 Kernel command line type 來設(shè)置

• ( ) Use bootloader kernel arguments if available
  • 可接受bootloader傳遞的參數(shù)啟動
• ( ) Extend bootloader kernel arguments
• ( ) Always use the default kernel command string
  • 只能使用默認(rèn)內(nèi)核啟動參數(shù)

4）網(wǎng)絡(luò)支持

網(wǎng)絡(luò)支持部分，包括了以太網(wǎng)、 CAN、紅外、藍(lán)牙、無線等各種網(wǎng)絡(luò)的支持配置選項。

從 Networking support -> Networking options， 可進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)選項配置界面 。

使用 Linux 的系統(tǒng)都會用到網(wǎng)絡(luò)，而使用網(wǎng)絡(luò)又往往離不開 TCP/TP，故建議在配置中選中 TCP/IP 選項，并選中下級全部選項 。

5）設(shè)備驅(qū)動

6）文件系統(tǒng) File systems

3.編譯內(nèi)核

1）從內(nèi)核碼源編譯成zImage

內(nèi)核配置完成，輸入 make 命令即可開始編譯內(nèi)核。如果沒有修改 Makefile 文件并指定
ARCH 和 CROSS_COMPILE 參數(shù)，則須在命令行中指定 。

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

目前大多數(shù)主機(jī)都是多核處理器，為了加快編譯進(jìn)度，可以開啟多線程編譯，在 make
的時候加上“-jN”即可， N 的值為處理器核心數(shù)目的 2 倍。

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- -j8

如果編譯不出錯，編譯完成，會生成 vmlinux、 Image、 zImage 等文件

• zImage

zImage 是通常情況下默認(rèn)的壓縮內(nèi)核，可以直接加載到內(nèi)存地址并開始執(zhí)行。

• uImage

對于 ARM Linux 系統(tǒng)，大多數(shù)采用 U-Boot 引導(dǎo)，很少直接使用 zImage 映像，實際上
更多的是 uImage。

uImage 是 U-Boot 默認(rèn)采用的內(nèi)核映像文件，它是在 zImage 內(nèi)核映像之
前加上了一個長度為 64 字節(jié)信息頭的映像。這 64 字節(jié)信息頭包括映像文件的類型、加載位置、生成時間、大小等信息 。

在 U-Boot 下，通過 bootm 命令可以引導(dǎo) uImage 映像文件啟動。

$ tftp C0008000 uImage
$ bootm C0008000

2）把zImage轉(zhuǎn)為uImage

• mkimage 工具

從 zImage 生成 uImage 需要用到 mkimage 工具。該工具可在編譯 U-Boot 源碼后從 tools目錄下獲得，復(fù)制到系統(tǒng)/usr/bin 目錄即可 。

對于 Ubuntu 系統(tǒng)，還可用 sudo apt-get installu-boot-tools 命令安裝得到。

進(jìn)入 mkimage 文件所在目錄執(zhí)行該文件，或者在安裝 mkimage工具后，使用 mkimage 工具根據(jù) zImage 制作 uImage 映像文件的命令如下：

$ mkimage [-x] -A arch -O os -T type -C comp -a addr -e ep -n name -d data_file[:data_file...] image
#命令參數(shù)中需要指定體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)類型、壓縮方式和入口地址等信息

對于 EPC-28x 處理器，內(nèi)存起始地址為 0x40000000，從 zImage 生成 uImage 映像文件
的命令實際操作范例：

$ mkimage -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x40008000 -e 0x40008000 -n 'Linux-2.6.35' -d arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/uImage

內(nèi)存地址與處理器相關(guān)，在不同處理器上可能有差異 .

查看一個 uImage 映像文件的文件頭信息

$ mkimage -l uImage
Image Name: Linux-2.6.35.3-571-gcca29a0-g191
Created: Tue Nov 17 11:57:47 2015
Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
Data Size: 2572336 Bytes = 2512.05 kB = 2.45 MB
Load Address: 40008000
Entry Point: 40008000

3）從內(nèi)核源碼直接生成 uImage

在<arch/arm/boot/Makefile>文件中給出了 uImage 的生成規(guī)則：

quiet_cmd_uimage = UIMAGE $@
    cmd_uimage = $(CONFIG_SHELL) $(MKIMAGE) -A arm -O linux -T kernel \
                -C none -a $(LOADADDR) -e $(STARTADDR) \
                -n 'Linux-$(KERNELRELEASE)' -d $< $@

生成 uImage 的編譯命令為 make uImage

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- -j8 uImage

4）編譯內(nèi)核模塊

如果內(nèi)核中有配置為<M>的模塊或者驅(qū)動，需要在編譯內(nèi)核后再通過 make modules 命
令編譯這些模塊或者驅(qū)動

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- modules

編譯得到的內(nèi)核模塊文件以“.ko”結(jié)尾，這些可以通過 insmod 命令插入到運(yùn)行的內(nèi)核中。

$ insmod kernel/drivers/net/bonding/bonding.ko

有的模塊則可能編譯后得到多個“.ko”文件，或者依賴于其它模塊文件，且各文件插入還有順序要求， 需要通過 make modules_install 命令安裝模塊 ，可將編譯得到的全部模塊安裝到某一目錄下，并且還會生成模塊的依賴關(guān)系文件。

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- INSTALL_MOD_PATH=/home/chenxibing/work/rootfs modules_install

安裝后將在安裝目錄下生成“l(fā)ib/modules/內(nèi)核版本/”目錄，將“l(fā)ib/modules/內(nèi)核版本/”復(fù)制到目標(biāo)系統(tǒng)后根目錄后，就可以用 modprobe 命令進(jìn)行模塊安裝

#模塊依賴關(guān)系
kernel/drivers/net/bonding/bonding.ko: 
kernel/drivers/usb/serial/usbserial.ko: 
kernel/drivers/usb/serial/ftdi_sio.ko:kernel/drivers/usb/serial/usbserial.ko 

# modprobe ftdi_sio

4.運(yùn)行內(nèi)核

得到 uImage 映像文件后，將 uImage 加載到內(nèi)存地址 ep-0x40 處（0x40007fc0），通過 bootm 命令即可運(yùn)行內(nèi)核：

# tftp 40007fc0 uImage
# bootm 40007fc0