Linux核心的Makefile

1 Makefile 概述

Makefile 的作用是根據配置的情況，構造出需要編譯的源檔案清單，然後分別編譯，並把目標代碼連結到一起，最終形成 Linux 核心二進位檔案。

由於 Linux 核心原始碼是按照樹形結構組織的，所以 Makefile 也被分布在分類樹中。Linux 核心中的 Makefile 以及與 Makefile 直接相關的檔案有：

1. Makefile：頂層 Makefile，是整個核心配置、編譯的總體控制檔案。
2. .config：核心設定檔，包含由使用者選擇的配置選項，用來存放核心配置後的結果（如 make config）。
3. arch/*/Makefile：位於各種 CPU 體系目錄下的 Makefile，如 arch/arm/Makefile，是針對特定平台的 Makefile。
4. 各個子目錄下的 Makefile：比如 drivers/Makefile，負責所在子目錄下原始碼的管理。
5. Rules.make：規則檔案，被所有的 Makefile 使用。

使用者通過 make config 配置後，產生了 .config。頂層 Makefile 讀入 .config 中的配置選擇。頂層 Makefile 有兩個主要的任務：產生 vmlinux 檔案和核心模組（module）。為了達到此目的，頂層 Makefile 遞迴的進入到核心的各個子目錄中，分別調用位於這些子目錄中的 Makefile。至於到底進入哪些子目錄，取決於核心的配置。在頂層 Makefile 中，有一句：include arch/$(ARCH)/Makefile，包含了特定 CPU 體繫結構下的 Makefile，這個 Makefile 中包含了平台相關的資訊。

位於各個子目錄下的 Makefile 同樣也根據 .config 給出的配置資訊，構造出當前配置下需要的源檔案清單，並在檔案的最後有 include $(TOPDIR)/Rules.make。

Rules.make 檔案起著非常重要的作用，它定義了所有 Makefile 共用的編譯規則。

 

2 Makefile 中的變數

頂層 Makefile 定義並向環境中輸出了許多變數，為各個子目錄下的 Makefile 傳遞一些資訊。有些變數，比如 SUBDIRS，不僅在頂層 Makefile 中定義並且賦初值，而且在 arch/*/Makefile 還作了擴充。

常用的變數有以下幾類：

1） 版本資訊
版本資訊有：VERSION，PATCHLEVEL, SUBLEVEL, EXTRAVERSION，KERNELRELEASE。版本資訊定義了當前核心的版本，比如 VERSION=2，PATCHLEVEL=4，SUBLEVEL=18，EXATAVERSION=-rmk7，它們共同構成核心的發行版本KERNELRELEASE：2.4.18-rmk7

2） CPU 體繫結構：ARCH
在頂層 Makefile 的開頭，用 ARCH 定義目標 CPU 的體繫結構，比如 ARCH:=arm 等。許多子目錄的 Makefile 中，要根據 ARCH 的定義選擇編譯源檔案的列表。

3） 路徑資訊：TOPDIR, SUBDIRS
TOPDIR 定義了 Linux 核心原始碼所在的根目錄。例如，各個子目錄下的 Makefile 通過 $(TOPDIR)/Rules.make 就可以找到 Rules.make 的位置。
SUBDIRS 定義了一個目錄列表，在編譯核心或模組時，頂層 Makefile 就是根據 SUBDIRS 來決定進入哪些子目錄。SUBDIRS 的值取決於核心的配置，在頂層 Makefile 中

4） 核心組成資訊：HEAD, CORE_FILES, NETWORKS, DRIVERS, LIBS
Linux 核心檔案 vmlinux 是由以下規則產生的：

vmlinux: $(CONFIGURATION) init/main.o init/version.o linuxsubdirs$(LD) $(LINKFLAGS) $(HEAD) init/main.o init/version.o /--start-group /$(CORE_FILES) /$(DRIVERS) /$(NETWORKS) /$(LIBS) /--end-group /-o vmlinux

可以看出，vmlinux 是由 HEAD、main.o、version.o、CORE_FILES、DRIVERS、NETWORKS 和 LIBS 組成的。這些變數（如 HEAD）都是用來定義串連產生 vmlinux 的目標檔案和庫檔案清單。其中，HEAD在arch/*/Makefile 中定義，用來確定被最先連結進 vmlinux 的檔案清單。比如，對於 ARM 系列的 CPU，HEAD 定義為：

HEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o / arch/arm/kernel/init_task.o

表明 head-$(PROCESSOR).o 和 init_task.o 需要最先被連結到 vmlinux 中。PROCESSOR 為 armv 或 armo，取決於目標 CPU。 CORE_FILES，NETWORK，DRIVERS 和 LIBS 在頂層 Makefile 中定義，並且由 arch/*/Makefile 根據需要進行擴充。 CORE_FILES 對應著核心的核心檔案，有 kernel/kernel.o，mm/mm.o，fs/fs.o，ipc/ipc.o，可以看出，這些是組成核心最為重要的檔案。同時，arch/arm/Makefile 對 CORE_FILES 進行了擴充：

# arch/arm/Makefile# If we have a machine-specific directory, then include it in the build.MACHDIR := arch/arm/mach-$(MACHINE)ifeq ($(MACHDIR),$(wildcard $(MACHDIR)))SUBDIRS += $(MACHDIR)CORE_FILES := $(MACHDIR)/$(MACHINE).o $(CORE_FILES)endifHEAD := arch/arm/kernel/head-$(PROCESSOR).o / arch/arm/kernel/init_task.oSUBDIRS += arch/arm/kernel arch/arm/mm arch/arm/lib arch/arm/nwfpeCORE_FILES := arch/arm/kernel/kernel.o arch/arm/mm/mm.o $(CORE_FILES)LIBS := arch/arm/lib/lib.a $(LIBS)

5） 編譯資訊：CPP, CC, AS, LD, AR，CFLAGS，LINKFLAGS
在 Rules.make 中定義的是編譯的通用規則，具體到特定的場合，需要明確給出編譯環境，編譯環境就是在以上的變數中定義的。針對交叉編譯的要求，定義了 CROSS_COMPILE。比如：

CROSS_COMPILE = arm-linux-CC = $(CROSS_COMPILE)gccLD = $(CROSS_COMPILE)ld......

CROSS_COMPILE 定義了交叉編譯器首碼 arm-linux-，表明所有的交叉編譯工具都是以 arm-linux- 開頭的，所以在各個交叉編譯器工具之前，都加入了 $(CROSS_COMPILE)，以組成一個完整的交叉編譯工具檔案名稱，比如 arm-linux-gcc。
CFLAGS 定義了傳遞給 C 編譯器的參數。
LINKFLAGS 是連結產生 vmlinux 時，由連結器使用的參數。LINKFLAGS 在 arm/*/Makefile 中定義，比如：

# arch/arm/MakefileLINKFLAGS :=-p -X -T arch/arm/vmlinux.lds

6） 組態變數CONFIG_*
.config 檔案中有許多的組態變數等式，用來說明使用者配置的結果。例如 CONFIG_MODULES=y 表明使用者選擇了 Linux 核心的模組功能。
.config 被頂層 Makefile 包含後，就形成許多的組態變數，每個組態變數具有確定的值：y 表示本編譯選項對應的核心代碼被靜態編譯進 Linux 核心；m 表示本編譯選項對應的核心代碼被編譯成模組；n 表示不選擇此編譯選項；如果根本就沒有選擇，那麼組態變數的值為空白。

 

3 Rules.make 變數

前面講過，Rules.make 是編譯規則檔案，所有的 Makefile 中都會包括 Rules.make。Rules.make 檔案定義了許多變數，最為重要是那些編譯、連結清單變數。 

 

4 子目錄 Makefile

子目錄 Makefile 用來控制本級目錄以下原始碼的編譯規則。我們通過一個例子來講解子目錄 Makefile 的組成：

## Makefile for the linux kernel.## All of the (potential) objects that export symbols.# This list comes from 'grep -l EXPORT_SYMBOL *.[hc]'.export-objs:= tc.o# Object file lists.obj-y:=obj-m:=obj-n:=obj-:=obj-$(CONFIG_TC) += tc.oobj-$(CONFIG_ZS) += zs.oobj-$(CONFIG_VT) += lk201.o lk201-map.o lk201-remap.o# Files that are both resident and modular: remove from modular.obj-m:= $(filter-out $(obj-y), $(obj-m))# Translate to Rules.make lists.L_TARGET:= tc.aL_OBJS:= $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-y)))LX_OBJS:= $(sort $(filter $(export-objs), $(obj-y)))M_OBJS:= $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-m)))MX_OBJS:= $(sort $(filter $(export-objs), $(obj-m)))include $(TOPDIR)/Rules.make

a) 注釋
對 Makefile 的說明和解釋，由#開始。

b) 編譯目標定義
類似於 obj-$(CONFIG_TC) += tc.o 的語句是用來定義編譯的目標，是子目錄 Makefile 中最重要的部分。編譯目標定義那些在本子目錄下，需要編譯到 Linux 核心中的目標檔案列表。為了只在使用者選擇了此功能後才編譯，所有的目標定義都融合了對組態變數的判斷。
前面說過，每個組態變數取值範圍是：y，n，m 和空，obj-$(CONFIG_TC) 分別對應著 obj-y，obj-n，obj-m，obj-。如果 CONFIG_TC 配置為 y，那麼 tc.o 就進入了 obj-y 列表。obj-y 為包含到 Linux 核心 vmlinux 中的目標檔案列表；obj-m 為編譯成模組的目標檔案列表；obj-n 和 obj- 中的檔案清單被忽略。配置系統就根據這些列表的屬性進行編譯和連結。 Kbuild編譯所有的$(obj-y)檔案，然後調用"$(LD) -r"合并這些檔案到一個built-in.o檔案中。built-in.o經過父Makefile檔案連結到vmlinux。
export-objs 中的目標檔案都使用了 EXPORT_SYMBOL() 定義了公用的符號，以便可裝載模組使用。在 tc.c 檔案的最後部分，有 "EXPORT_SYMBOL(search_tc_card);"，表明 tc.o 有符號輸出。
這裡需要指出的是，對於編譯目標的定義，存在著兩種格式，分別是老式定義和新式定義。老式定義就是前面 Rules.make 使用的那些變數，新式定義就是 obj-y，obj-m，obj-n 和 obj-。Linux 核心推薦使用新式定義，不過由於 Rules.make 不理解新式定義，需要在 Makefile 中的適配段將其轉換成老式定義。

c) 適配段
適配段的作用是將新式定義轉換成老式定義。在上面的例子中，適配段就是將 obj-y 和 obj-m 轉換成 Rules.make 能夠理解的 L_TARGET，L_OBJS，LX_OBJS，M_OBJS，MX_OBJS。
L_OBJS := $(sort $(filter-out $(export-objs), $(obj-y))) 定義了 L_OBJS 的產生方式：在 obj-y 的列表中過濾掉 export-objs（tc.o），然後排序並去除重複的檔案名稱。這裡使用到了 GNU Make 的一些特殊功能，具體的含義可參考 Make 的文檔（info make）。

d) include $(TOPDIR)/Rules.make