Arm linux 内核构建

ludi

一、概述

本文基于Linux Kernel 4.10版本讲解。

Linux内核采用类似于GNU Make的kbuild构建而成，关于内核的构建系统kbuild，可以先看本公众号内以前的文章：

Kbuild结构简介

arm linux 内核的构建分为三次编译链接，一次组合。三次链接的中间结果分别是：

        1.arch/arm/boot/compressed/vmlinux

        2.arch/arm/boot/vmlinux.bin

        3.arch/arm/boot/setup.bin

最后的组合就是将vmlinux.bin和setup.bin组合成arch/arm/boot/zImage:

二、vmlinux的构建

vmlinux的构建在顶层的Makefile中：

cmd_link-vmlinux =                                         \

     $(CONFIG_SHELL) $<$(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) ;      \

     $(if $(ARCH_POSTLINK), $(MAKE) -f$(ARCH_POSTLINK) $@, true)

   

vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh vmlinux_prereq$(vmlinux-deps) FORCE

         +$(callif_changed,link-vmlinux)

其中，call是make的内置函数，用于调用用户自己定义的带有参数的函数，这里调用的是if_changed，参数是link-vmlinux。

if_changed是scripts/Kbuild.include里定义的一个函数，定义如下：

if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),   \

@set -e;                                                                                  \

$(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                                 \

echo 'cmd_$@ :=$(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

any-prereq检查是否有依赖比目标新，或者依赖还没有创建；arg-check检查编译目标的命令相对上次是否发生变化。set –e 命令表示make出错时直接退出，加个@符号表示不显示该set命令。cmd_$(1)中的1表示传给if_changed的第一个参数。嵌入式物联网智能硬件企鹅意义气呜呜吧久零就易，在这里传给if_changed的实参是link-vmlinux，所以cmd_$(1)展开后为cmd_link-vmlinux。

注意cmd_link-vmlinux中的$<表示规则中的第一个依赖，即scripts/link-vmlinux.sh。这个脚本用于vmlinux的链接，内容如下：

# Link of vmlinux

# ${1} - optionalextra .o files

# ${2} - output file

vmlinux_link()

{

    locallds="${objtree}/${KBUILD_LDS}"

    local objects

    if [ "${SRCARCH}" !="um" ]; then

        if [ -n"${CONFIG_THIN_ARCHIVES}" ]; then

            objects="--whole-archivebuilt-in.o ${1}"

        else

            objects="${KBUILD_VMLINUX_INIT}   \

                --start-group                                           \

                ${KBUILD_VMLINUX_MAIN}             \

                --end-group                                           \

                ${1}"

        fi

        ${LD} ${LDFLAGS}${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2}      \

            -T ${lds} ${objects}

         else

            ... ...

         fi

}

如果平台不是“um”,就将变量KBUILD_VMLINUX_INIT和KBUILD_VMLINUX_MAIN中的目标文件链接为vmlinux；否则就直接编译为vmlinux，也就是式中的${2}。

接下来以core-y来分析变量KBUILD_VMLINUX_MAIN：

Linux-4.10/Makefile：

exportKBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)

exportKBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y) $(virt-y)

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

… …

core-y                := usr/

… …

core-y                += kernel/ certs/ mm/ fs/ ipc/security/ crypto/ block/

… …

core-y                := $(patsubst %/, %/built-in.o,$(core-y))

make 的内置函数patsubst用于查找模式匹配的字符串，并进行替换。在上面这句语句里，就是将所有‘/’替换成‘/built-in.o’。因此core-y最终变为：

core-y :=user/built-in.o kernel/built-in.o mm/built-in.o fs/built-in.o ipc/built-in.osecurity/ built-in.o crypto/ built-in.o block/ built-in.o

再看其他几个类似的赋值语句：

init-y                   := $(patsubst %/,%/built-in.o, $(init-y))

drivers-y           :=$(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))

net-y                  := $(patsubst %/,%/built-in.o, $(net-y))

libs-y1                := $(patsubst %/, %/lib.a,$(libs-y))

libs-y2                := $(patsubst %/, %/built-in.o,$(libs-y))

libs-y                  := $(libs-y1) $(libs-y2)

virt-y                  := $(patsubst %/,%/built-in.o, $(virt-y))

不难看出，vmlinux就是由这些目录下的built-in.o和lib.a链接而成。

vmlinux的另一个依赖是vmlinux-deps，其构建规则也在顶层Makefile中定义：

Linux-4.10/Makefile:

vmlinux-dirs     := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(init-y)$(init-m) \

                        $(core-y) $(core-m) $(drivers-y)$(drivers-m) \

                        $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m)$(virt-y)))

vmlinux-deps :=$(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)

… …

# The actual objectsare generated when descending,

# make sure noimplicit rule kicks in

$(sort$(vmlinux-deps)): $(vmlinux-dirs) ;

… …

$(vmlinux-dirs):prepare scripts

         $(Q)$(MAKE) $(build)=$@

目标vmlinux-deps的构建规则下没有命令可执行，只依赖于另外一个目标vmlinux-dirs, 该变量的赋值语句里的filter表示过滤掉不以‘/’结尾的字符串。而filter的这些输入变量，如core-y，其子目录都是以‘/’结尾。因此vmlinux-dirs是一个多目标规则，相当于：

init: prepare scripts

         $(Q) $(MAKE) $(build) =$@

kernel: preparescripts

         $(Q) $(MAKE) $(build) =$@

… …

规则中的命令展开为：

Make –f script/Makefile.buildobj=$@

Make的自动变量$@表示规则的目标，这里就是要构建的子目录init,kernel等。

总结一下，kbuild依次构建Makefile中指定的子目录，生成built-in.o、lib.a等文件，然后链接为vmlinux。