Linux系统移植学习笔记【2】linux内核移植
Linux系统移植学习笔记2
- 二、linux内核的移植
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- 1.linux内核的特点
- 2.linux内核源码的获取
- 3.linux内核的版本命名方式
- 4.linux内核版本的选择
- 5.linux内核的配置和编译
- 6.对内核源码进行配置和编译
- 7.make fs6818_defconfig执行过程详解
- 8.make menuconfig执行过程详解
- 9. .config Kconfig Makefile三个文件之间的关系？
- 10. 练习1：添加自己的菜单和菜单选项
- 11. 练习2：采用模块化的方式编译内核、添加自己的菜单和菜单选项
- 12. linux内核启动过程主要做了那些事儿？
-
二、linux内核的移植
1.linux内核的特点
1. linux内核是开源的，作者：linus （git ： 版本管理工具）
2. 源码由C语言和汇编实现
3. linux内核支持多种硬件架构平台
4. linux内核采用模块化方式编写，分层思想
5. linux内核使用C和汇编代码实现，在内核中最好不要使用C++
6. linux内核具有很好的移植和裁剪特性，通过图形化界面的配置方式就可以完成裁剪
2.linux内核源码的获取
1. linux官方获取
https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/
2. 芯片厂家获取
3. 开发板厂家获取
4. 公司主管获取
本次一直练习使用：kernel-3.4.39-ok.tar.bz2
3.linux内核的版本命名方式
主版本号.次版本号.修订版本号
主版本号：内核源码有较大的改动才会更新主版本号
次版本号：修订版本号用完升级次版本号
偶数：稳定版
奇数：测试版
修订版本号：内核代码只要有更新就会修改修订版本号
4.linux内核版本的选择
1. 不选太新
2. 不选太旧
3. 选择稳定版本
5.linux内核的配置和编译
1. 拷贝linux内核源码压缩包到ubuntu中
1）拷贝内核源码到ubuntu目录中
kernel-3.4.39.tar.bz2
2）解压缩内核源码
tar -vxf kernel-3.4.39.tar.bz2
3）进入内核源码目录
cd kernel-3.4.39
2. 分析内核源码的目录结构
平台相关代码：代码跟硬件相关
arch
平台无关代码：代码跟硬件无关
drivers
lib
include
net
fs
kernel
...
3. 获取配置和编译的命令
清除中间文件：
make clean
make distclean
配置linux内核：
make menuconfig 基于菜单选项的方式对内核进行配置
编译内核：
make modules 模块化编译内核
make uImage 编译生成uImage的内核镜像
make dtbs 编译生成设备树文件
make fs6818_defconfig 配置内核支持fs6818开发板
"make ${PLATFORM}_defconfig"
Create a ./.config file by using the default
symbol values from
arch/$ARCH/configs/${PLATFORM}_defconfig.
Use "make help" to get a list of all available
platforms of your architecture.
根据arm/arm/configs目录下提供的缺省文件，
在内核源码的顶层目录下生成一个.config配置文件
6.对内核源码进行配置和编译
1. 配置交叉编译工具链
195 ARCH ?= arm
196 CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-
2. 执行make distclean清除中间文件
只需要执行一次，
3. 执行make fs6818_defconfig 配置内核源码支持fs6818平台
4. 执行make menuconfig 通过图形化界面对内核进行配置
问题1：make menuconfig
第一次使用make menuconfig 需要安装图形化界面的工具
配置之前需要安装图形图（make meuconfig）：
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install lib32z1 (64位)
问题2 ：make menuconfig
scripts/kconfig/mconf Kconfig
Your display is too small to run Menuconfig!
It must be at least 19 lines by 80 columns.
make[1]: *** [menuconfig] Error 1
make: *** [menuconfig] Error 2
中断字体太大，缩小终端字体
Device Drivers --->
Character devices --->
[ ] FS6818 beep driver # 去掉*
FS6818 board device driver support --->
[ ] adc driver for farsight FS6818 all platform # 去掉*
[ ] pwm timer driver for farsight FS6818 # 去掉*
[ ] DS18B20 driver for farsight FS6818 # 去掉*
FS6818 extension device driver support --->
< > This is FS6818_LED! # 去掉*
[ ] zlg7290 driver support input device # 去掉*
5. 执行make uImage 生成uImage的内核镜像
问题3：make uImage
在编译的过程中可能出现如下错误：
"mkimage" command not found - U-Boot images will not be built
make[1]: *** [arch/arm/boot/uImage] Error 1
make: *** [uImage] Error 2
错误的原因：找不到mkimage命令，
根据提示分析出来mkimage应该存在uboot源码目录中
uboot源码必须进行编译之后才会有mkimage可执行程序
解决问题的方法：
将uboot源码的tools目录下的mkimage，
拷贝到到ubuntu的/usr/bin目录下：
sudo cp ~/uboot源码目录/tools/mkimage /usr/bin
uboot目录 ubuntu目录
再次make uImage重新编译内核即可。
打印以下信息表示编译成功：
Image Name: Linux-3.4.39-farsight
Created: Mon Jul 20 15:09:28 2020
Image Type: ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
Data Size: 5391608 Bytes = 5265.24 kB = 5.14 MB
Load Address: 40008000
Entry Point: 40008000
uImage内核镜像在以下目录中：
Image arch/arm/boot/uImage is ready
6. 测试uImage
将uImage拷贝到tftpboot目录下
使用tftp下载内核镜像，使用nfs挂载根文件系统。
驱动：机制--》 向上层提供接口
应用: 逻辑--》 调用驱动的接口，实现复杂的逻辑
fs6818_led.ko --> 模块化的驱动代码
led_test --> 应用层的led灯的测试代码
模块化的命令
insmod fs6818_led.ko 加载驱动到内核中
rmmod fs6818_led 从内核卸载驱动
lsmod 查看已经加载驱动
mknod /dev/led c 500 0
mknod ： 创建驱动对应的设备文件
/dev/led ： led灯驱动对应的设备文件
c : 字符设备 b : 块设备
500: 主设备号
0 ： 次设备号
eg :
[root@farsight]#insmod fs6818_led.ko
[ 322.886000] Led init
[root@farsight]#lsmod
fs6818_led 3925 0 - Live 0xbf000000
[root@farsight]#./led_test
open: No such file or directory
[root@farsight]#mknod /dev/led c 500 0
[root@farsight]#./led_test
7.make fs6818_defconfig执行过程详解
1. 打开内核源码顶层目录的Makefile，搜索config
491 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE
492 $(Q)mkdir -p include/linux include/config
493 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
解析：
$(Q) ： @
$@ ： 目标
$^ : 所有的依赖
$< : 第一个依赖
去掉命令前的$(Q),重新make fs6818_defconfig，结果：
mkdir -p include/linux include/config
make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig fs6818_defconfig
-f scripts/Makefile.build ----》
-f参数后边的文件作为Makefile使用
obj=scripts/kconfig ： 变量的赋值
进入scripts/kconfig目录下执行make fs6818_defconfig
2. 打开scripts/kconfig目录下的Makefile，搜索defconfig
95 %_defconfig: $(obj)/conf
96 $< --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@ $(Kconfig)
去掉命令前的$(Q),重新make fs6818_defconfig，结果：
scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/arm/configs/fs6818_defconfig Kconfig
使用file命令查看conf文件的属性，可知是一个elf文件
conf文件的作用：
conf文件根据arch/arm/configs/fs6818_defconfig文件，
和内核源码顶层目录下的Kconfig文件，在内核源码顶层目录下，
生成.config配置文件。
8.make menuconfig执行过程详解
1. 打开内核源码顶层目录的Makefile，搜索config
491 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE
492 $(Q)mkdir -p include/linux include/config
493 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
解析：
$(Q) ： @
$@ ： 目标
$^ : 所有的依赖
$< : 第一个依赖
去掉命令前的$(Q),重新make menuconfig，结果：
mkdir -p include/linux include/config
make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig menuconfig
-f scripts/Makefile.build ----》
-f参数后边的文件作为Makefile使用
obj=scripts/kconfig ： 变量的赋值
进入scripts/kconfig目录下执行make menuconfig
2. 打开scripts/kconfig目录下的Makefile，搜索menuconfig
20 menuconfig: $(obj)/mconf
21 $< $(Kconfig)
命令的结果
scripts/kconfig/mconf Kconfig
mconf文件的作用？
mconf文件根据内核源码顶层目录的Kconfig文件生成对应的
图形化菜单选项的配置界面。
3. 打开内核源码顶层目录的Kconfig
mainmenu "Linux/$ARCH $KERNELVERSION Kernel Configuration"
config SRCARCH
string
option env="SRCARCH"
source "arch/$SRCARCH/Kconfig"
通过对Kconfig分析,可知
1> mainmenu : 修饰的内容就是主菜单，
语法格式：
mainmenu "主菜单的名字"
2> source : 包含下一级子菜单
以研发中心的ADC的驱动为例进行分析。
Symbol: FS_ADC [=y]
Type : boolean
Prompt: adc driver for farsight FS6818 all platform
Defined at drivers/char/farsight/Kconfig:3
Location:
-> Device Drivers
-> Character devices
-> FS6818 board device driver support
此处采用倒退的方式，adc的驱动代码在
kernel-3.4.39/drivers/char/farsight目录下
1》打开drivers/char/farsight/Kconfig
menu "FS6818 board device driver support"
config FS_ADC
bool "adc driver for farsight FS6818 all platform"
default y
help
different sensor select different channel
endmenu
2》 打开drivers/char/Kconfig
menu "Character devices"
source "drivers/char/farsight/Kconfig"
endmenu
3》打开drivers/Kconfig
menu "Device Drivers"
source "drivers/char/Kconfig"
endmenu
4》打开arch/arm/目录下的Kconfig
source "drivers/Kconfig"
5》打开内核源码顶层目录的Kconfig
source "arch/$SRCARCH/Kconfig"
总结：内核源码的每个目录下应该都有一个Kconfig文件
3> menu...endmenu : 修饰子菜单
语法格式：
menu "子菜单的名字"
config
bool
default
help
endmenu
4> bool ： 修饰菜单选项
语法格式：
bool "菜单选项的名字"
5> default : 菜单选项的默认值
default y ： 菜单选项默认为*，对应的驱动被编译到内核镜像中
6> help : 帮助信息
7> config ： 配置选项
语法格式：
config 配置选项的名字
最终修改的是.config中的配置信息。
[*] adc driver for farsight FS6818 all platform
.config文件中的信息：CONFIG_FS_ADC=y
看drivers/char/farsight目录下的Makefile文件：
obj-$(CONFIG_FS_ADC) += adc_driver.o
[ ] adc driver for farsight FS6818 all platform
.config文件中的信息：# CONFIG_FS_ADC is not set
9. .config Kconfig Makefile三个文件之间的关系？
Makefile: 进行工程管理，配置和编译内核
.config : 存放的默认的配置信息，本质：定义了很多的变量
给Makefile文件使用，Makefile文件根据
CONFIG_**** = y ,对应的驱动被编译到uImage中
# CONFIG_**** is not set,对应的驱动不被编译到uImage中
make fs6818_defconfig时根据arch/arm/configs/fs6818_defconfig
和Kconfig文件生成.config文件
make menuconfig时，根据菜单选项的配置
.config会被修改
Kconfig：生成图形化界面的菜单选项的配置文件
大多数目录下都有一个Kconfig文件和Makefile文件。
10. 练习1：添加自己的菜单和菜单选项
1.去掉研发中心添加的硬件驱动代码
Device Drivers --->
Character devices --->
[ ] FS6818 beep driver # 去掉*
FS6818 board device driver support --->
[ ] adc driver for farsight FS6818 all platform # 去掉*
[ ] pwm timer driver for farsight FS6818 # 去掉*
[ ] DS18B20 driver for farsight FS6818 # 去掉*
FS6818 extension device driver support --->
< > This is FS6818_LED! # 去掉*
[ ] zlg7290 driver support input device # 去掉*
2. 拷贝led灯的驱动代码到内核的drivers/char目录下
led灯驱动代码：led-driver
拷贝fs6818_led.c和fs6818_led.h到drivers/char目录下
3. 添加菜单选项
打开drivers/char目录下Kconfig文件，添加以下信息
4 menu "HQYJ2020 LED Driver"
5 config HQYJ_LED
6 bool "20071A20081 fs6818 led driver"
7 default y
8 help
9 hqyj 2020 led driver!
10 endmenu
make menuconfig查看效果：
按下“/”键 : 进入搜索界面，搜索CONFIG_后边的字符串
Symbol: HQYJ_LED [=y]
│ Type : boolean
│ Prompt: 20071A20081 fs6818 led driver
│ Defined at drivers/char/Kconfig:5
│ Location:
│ -> Device Drivers
│ -> HQYJ2020 LED Driver
4. 修改drivers/char目录下Makefile文件，添加以下信息：
5 obj-$(CONFIG_HQYJ_LED) += fs6818_led.o
5. 编译内核源码生成uImage的镜像
$ make uImage
CC drivers/char/fs6818_led.o
6. 测试uImage镜像
led灯驱动已经编译到uImage内核镜像中
1> 拷贝新生成的uImage镜像到tftpboot目录下
cp arch/arm/boot/uImage ~/tftpboot
2> 启动开发板 （开发阶段系统的启动方式）
使用tftp下载uImage到内存中
使用nfs服务挂载根文件系统
检查自己uboot中的bootcmd和bootargs环境变量。
3> 编译led灯的应用程序，并将可执行文件拷贝到根文件系统中。
$ arm-none-linux-gnueabi-gcc fs6818led_test.c -o led_test
$ cp led_test ~/nfs/rootfs
4> 开发板启动之后，运行led灯的应用程序，观察led灯的现象
# ./led_test
11. 练习2：采用模块化的方式编译内核、添加自己的菜单和菜单选项
bool : [] 二态
[*] : 对应的驱动被编译到uImage的内核镜像中
[ ] : 对应的驱动不被编译到uImage的内核镜像中
tristate ： <> 三态
<*> : 对应的驱动被编译到uImage的内核镜像中
< > : 对应的驱动不被编译到uImage的内核镜像中
: 对应的驱动以模块化的方式进行编译， 驱动文件***.c将被编译成模块化的驱动文件 ***.ko
使用make modules命令对内核编译，可以将需要使用模块化编译的驱动程序编译生成 ***.ko
需要使用驱动时，使用insmod命令加载驱动到内核中 insmod ***.ko
不需要使用驱动时，使用rmmod命令将驱动从内核中移除 rmmod ***
1.去掉研发中心添加的硬件驱动代码
Device Drivers --->
Character devices --->
[ ] FS6818 beep driver # 去掉*
FS6818 board device driver support --->
[ ] adc driver for farsight FS6818 all platform # 去掉*
[ ] pwm timer driver for farsight FS6818 # 去掉*
[ ] DS18B20 driver for farsight FS6818 # 去掉*
FS6818 extension device driver support --->
< > This is FS6818_LED! # 去掉*
[ ] zlg7290 driver support input device # 去掉*
2. 拷贝led灯的驱动代码到内核的drivers/char目录下
led灯驱动代码：led-driver
拷贝fs6818_led.c和fs6818_led.h到drivers/char目录下
3. 添加菜单选项
打开drivers/char目录下Kconfig文件，添加以下信息
4 menu "HQYJ2020 LED Driver"
5 config HQYJ_LED
6 tristate "20071-20081 fs6818 led driver"
7 default y
8 help
9 hqyj 2020 led driver!
10 endmenu
make menuconfig查看效果：
按下“/”键 : 进入搜索界面，搜索CONFIG_后边的字符串
Symbol: HQYJ_LED <=y>
│ Type : boolean
│ Prompt: 20041&20052 fs6818 led driver
│ Defined at drivers/char/Kconfig:5
│ Location:
│ -> Device Drivers
│ -> HQYJ2020 LED Driver
修改为M：
Device Drivers---->
HQYJ2020 LED Driver ---->
<M> 20071&20081 fs6818 led driver 修改
4. 修改drivers/char目录下Makefile文件，添加以下信息：
5 obj-$(CONFIG_HQYJ_LED) += fs6818_led.o
5. 编译内核源码生成uImage的镜像
$ make uImage # 去掉上一次编译内核镜像时的led灯驱动文件
6. 使用模块化的命令编译led灯驱动
$ make modules
编译结果出现以下信息：
LD [M] drivers/char/fs6818_led.ko
7. 测试驱动
1> 拷贝新生成的uImage镜像到tftpboot目录下
$ cp arch/arm/boot/uImage ~/tftpboot
2> 拷贝fs6818_led.ko到跟文件系统中
$ cp drivers/char/fs6818_led.ko ~/nfs/rootfs
3> 启动开发板 （开发阶段系统的启动方式）
4> 编译led灯的应用程序，并将可执行文件拷贝到根文件系统中。
$ arm-none-linux-gnueabi-gcc fs6818led_test.c -o led_test
$ cp led_test ~/nfs/rootfs
5> 加载驱动
# insmod fs6818_led.ko
# lsmod # 查看加载的驱动
6> 开发板启动之后，运行led灯的应用程序，观察led灯的现象
# ./led_test
7> 卸载led灯驱动程序
rmmod: can't change directory to '/lib/modules': No such file or directory
解决办法：在lib目录下创建modules文件夹
cd lib
mkdir modules
rmmod: can't change directory to '3.4.39-farsight': No such file or directory
解决办法：在lib/modules目录下创建3.4.39-farsight文件夹
cd lib/modules
mkdir 3.4.39-farsight
总结：模块化编译驱动代码的优点：
1> 可以缩短开发周期
2> 缩小uImage内核镜像的大小
3> 增强排错的能力
12. linux内核启动过程主要做了那些事儿？
1> uboot通过tftp命令将uImage下载到内存中
2> uImage需要完成自解压
3> 获取cpu的ID号，创建页表，初始化MMU，完成物理地址到虚拟地址的映射
4> 清除BSS段
5> 完成绝大多数硬件的初始化，进一步对硬件初始化
内存，时钟，串口，EMMC，nfs客户端....
5> 从u-boot环境变量的内存分区获取bootargs参数，根据bootargs参数，决定从哪里挂载根文件系统。
6> 挂载根文件系统，
7> 执行根文件系统中的1号进程，linuxrc程序
8> 到此开发板的linux系统启动成功