嵌入式開發實作（Linux核心編譯及安裝）

嵌入式開發實作（Linux核心編譯及安裝）部分內容譯自《Embedded Linux kernel and driver development

》by Michael Opdenacker劉建文（http://blog.csdn.net/keminlau

）

KEY:Linux 核心編譯 核心配置 嵌入式

核心配置（Kernel configuration）Makefile版本修改

為了區別基於同一源碼構建（bulid）的不核心鏡像，可使用變數EXTRAVERSION（定義位於makefile的頂部）：

$ head -4 makefile<br />VERSION = 2<br />PATCHLEVEL = 6<br />SUBLEVEL = 7<br />EXTRAVERSION = -acme1

運行“uname --r”會返回： 2.6.7--acme1

核心配置

先定義核心需要什麼特性，並進行配置。核心構建系統（The kernel build system）遠不是簡單用來構建整個核心和模組，想瞭解更多的進階核心構建選項，你可以查看 Documentation/kbuild 目錄內的核心文檔。

可用的配置命令和方式：

• make xconfig
• make menuconfig
• make oldconfig
• 或者 手動編寫

核心設定檔.config與核心編譯makefile？

核心是利用make編譯並安裝的一個C程式。而這個C程式很現代很複雜，僅憑單一個makefile難以完成編譯任務。假設核心編譯只需要一個makefile，這個makefile具體也會因編譯不同功能特性的核心而有所不同，也就是說在編譯核心先“編譯”編譯的所需要的makefile，這個makefile是動態產生的。那麼這個動態makefile從何而來呢？答案是config命令通過讀取[核心設定檔
]（kernel configuration file）來產生編譯核心所需要所有檔案（包括makefile）；那[核心設定檔
]又是哪來的呢？還是make產生的，各種make的config（xconfig/menuconfig）會產生所需要的[核心設定檔
]。

核心設定檔（kernel configuration file）儲存為核心原始碼的頂層目錄的.config檔案。發行版的核心設定檔通常在/boot/內。

命令：make xconfig

• qconf: 全新的基於QT的配置介面，2.6版本核心
• 更易使用（切記閱讀 help -> introduction: useful options!）
• 具有檔案瀏覽功能，更易的載入設定檔

命令：make menuconfig

• 老式字元介面，依然很管用。你夠自信，完全可以手寫設定檔！

命令：make oldconfig

• 用於升級早期發布核心的設定檔
• 對一些絕對符號（obsolete symbols）發出警告
• 詢問新符號的配置值

何為makefile?

makefile包含用以構建應用程式的一組規則集（set of rules）。並且第一條[規則

]是特殊的[規則

]，叫[預設規則

]（default rule）。一條[規則]由三部分組成：目標（target）、前提條件（prerequisites）和命令動作（command）：
target: prereq1 prereq2<br />[tab]commands

[目標
]是被構建（made）的[檔案
]或其它東西。[前提條件
]或者叫依賴（dependents）是構建目標的“材料”。而[命令動作
]是利用[前提條件
]構建[目標
]的shell命令。

以下是編譯C源碼的規則例子：

foo.o: foo.c foo.h<br />[tab]gcc -c foo.c

注意格式，冒號前是[目標
]，後是[前提條件
]；[命令
]在第二行，並且開始於一個tab字元。

 

編譯核心編譯和安裝核心

編譯步驟：

$ cd /usr/src/linux2.6<br />$ make

 

安裝步驟 (logged as root!)

$ make install<br />$ make modules_install

以下的步驟在2.6版本不再使用：

$ make depends<br />$ make modules (done by make)

提升編譯速度

多花一些時間在核心配置上，並且只編譯那些你硬體需要的模組。這樣可以把編譯時間縮短為原來的1/30，並且節省數百MB的空間。另外，你還可以並行編譯多個檔案：

$ make -j <number>

make 可以並存執行多個目標（target）（KEMIN:前提是目標規則間沒有交叉依賴項，這個怎麼做到的？）

$ make -j 4

• 即便是在單一處理器的工作站上也會很快，讀寫檔案的時間被節省下來了。多線程讓CPU保持忙碌。
• number大於4不見得有效了，因為環境切換過多反而降低的工作的速度。
• make -j <4*number_of_processors>

核心編譯tips

• 查看完整的 (gcc, ld)命令列： $ make V=1

• 清理所有的組建檔案 (to create patches...): $ make mrproper
• 部分編譯：$ make M=drivers/usb/serial
• 單獨模組編譯：$ make drivers/usb/serial/visor.ko
• 別處編譯（假設源碼在CDROM）：
  • $ cd /mnt/cdrom/linux-2.6.17.11
  • $ make O=~/linux/linux-2.6.17.11

最終產生的檔案

1. vmlinux 原始核心鏡像，非壓縮的
2. arch/<arch>/boot/zImage zlib壓縮的核心鏡像（Default image on arm）
3. arch/<arch>/boot/bzImage bzip2壓縮的核心鏡像。通常很小，足夠放入一張磁碟片（Default image on i386）

安裝的檔案

• /boot/vmlinuz-<version> 核心鏡像；
• /boot/System.map-<version> 儲存有核心的符號地址（symbol addresses）；
• /boot/initrd-<version>.img Initial RAM disk：儲存有你需要在引導時掛接最終根檔案系統的模組。安裝命令“make install”為替你運行“mkinitrd ”產生initrd；
• /etc/grub.conf or /etc/lilo.conf
• bootloader的設定檔：“make install”會為你的新核心更新相應的bootloader的設定檔。如果你使用的是LILO，它會在組建組態檔案後，執行/sbin/lilo，讓LILO的配置生效。
• /lib/modules/<version>/ Kernel modules + extras
  • build/

    為本<version>的核心添加模組所需的所有東西： .config file (build/.config), module symbol information (build/module.symVers), kernel headers (build/include/)

  • kernel/

    核心模組檔案 .ko (Kernel Object)，目錄結構與原始碼目標一一對應。

  • modules.alias

    模組別名記錄（用於insmod和modprobe），例如：

    alias sound-－service--?-0 snd_mixer_oss

  • modules.dep

    模組依賴記錄（用於insmod和modprobe）

  • modules.symbols

    標識某符號是屬於哪個模組的。

這個目錄的所有檔案都是文字檔，可以直接查看。

小結編譯及安裝步驟：

1. 編輯Makefile版本資訊
2. 定義核心特性，組建組態檔案.config，用於編譯：make xconfig
3. 編譯核心：make
4. 安裝核心：make install
5. 安裝模組：make modules_install

 

交叉編譯核心Makefile修改

通常通過修改已有的makefile獲得

你必須修改目標平台，假設目標平台是ARM，修改以下：

ARCH ?= arm<br />CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

或運行帶參數的make：

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

 

核心設定檔

配置過程和本地配置一樣；
可以把產生的設定檔（.config）分享給其他人，比如像：

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

 

這樣其他同樣開發ACME系統的開發人員可以通過以下命令編譯出同樣的核心：

$ make acme_defconfig<br />$

 

建立交叉編譯環境（Cross--compiling setup）

假設你有ARM的交叉編譯工具（cross--compiling toolchain）在 in /usr/local/arm/3.3.2/， 你得把它輸出到PATH:

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

 

注意查看核心文檔（在Documentation/Changes）有關最低工具版本要求。

編譯並安裝核心

1. $ make //如果你修改了Makefile

或者

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

2. 拷貝 arch/<platform>/boot/zImage 到目標系統

$ make modules_install

3. 拷貝 /lib/modules/<version> 到目標系統

你可以通過 arch/<arch>/boot/install.sh 自訂安裝，讓”make install“自動代勞。

何為交叉編譯工具鏈(cross--compiling toolchain)？

有如任何其它開發活動一般，嵌入式開發的第一步是建立（setting up）用於構建嵌入式Linux核心（當然包括驅動程式）及應用程式的工具鏈（toolchains ）。不過，嵌入式開發需要是跨平台工具鏈。跨平台是什麼意思呢？一般開發活動是在本地編譯，使用是本地的工具鏈；而由於嵌入式的軟硬資源（記憶體不足、沒有本地編譯器或作業系統都沒有）限制等沒法進行本地開發。需要在Linux-x86 主機（HOST）開發，使用主機的編譯器產生目標（TARGET）平台代碼，這個過程叫交叉編譯。

我們常常說的編譯器有廣義和狹義之分。狹義的編譯器只完軟體編譯（或者叫軟體構建）的第一步；廣義的編譯器包括了軟體編譯（或者叫軟體構建）所需要程式碼程式庫（比如libc）和其它構建工具（比如彙編器和連接器）。無論是什麼編譯器都需要支援的程式碼程式庫和各種構建工具，交叉編譯也不例外。一整套廣義的編譯器稱為交叉編譯工具鏈。

何為工具鏈？

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

參考

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