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[经验] Arm linux 内核构建

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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2017-11-15 15:00:11 |显示全部楼层
    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,callmake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_changedscripts/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} ${objects}
             else
                ... ...
             fi
    }
    如果平台不是“um”,就将变量KBUILD_VMLINUX_INITKBUILD_VMLINUX_MAIN中的目标文件链接为vmlinux;否则就直接编译为vmlinux,也就是式中的${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.olib.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。

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