Linux Kbuild工作原理分析(以DVSDK生成PowerVR显卡内核模块为例)

一、引文

前篇博文《Makefile之Linux内核模块的Makefile写法分析》，介绍了Linux编译生成内核驱动模块的Makefile的写法，但最近在DVSDK下使用Linux2.6.37生成PowerVR 2D/3D加速器的内核模块时，发现其Makefile中并未像其他内核模块Makefile指定内核模块的目标对象（obj-m:= pvrsrvkm.o）,但最后却在模块目录下生成了pvrsrvkm.ko内核模块。一开始感觉非常奇怪，决定把其中的原由弄明白，并将该过程记录了下来。

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二、追踪

既然模块文件夹下的Makefile文件没有指定,那肯定会有其他有相同功能的文件会指定内核模块的目标对象pvrsrvkm.o，于是查看该目录下的文件，果然在Kbuid文件发现有与Makefile文件类似的内容，将Kbuild的关键内容贴出来：

obj-m	:= pvrsrvkm.o
FILES := \
services4/srvkm/common/queue.c \
……
services4/system/$(TI_PLATFORM)/sysconfig.c \

EXTRA_CFLAGS += -I$(src)/include4
EXTRA_CFLAGS += -I$(src)/services4/include
……
EXTRA_CFLAGS += -I$(src)/services4/srvkm/bridged/sgx
EXTRA_CFLAGS += $(ALL_CFLAGS)

pvrsrvkm-y	:= $(FILES:.c=.o)
ifeq ($(TI_PLATFORM),ti8168)
obj-y := services4/3rdparty/dc_ti8168_linux/
else
obj-y := services4/3rdparty/dc_omap3430_linux/
endif
obj-y += services4/3rdparty/bufferclass_ti/

三、真相：Linux Kbuild子系统

实际上从Linux内核2.6开始，Linux内核的编译采用Kbuild系统，这同过去的编译系统有很大的不同， 尤其对于Linux内核驱动模块的编译。在新的系统下，Linux编译系统会两次扫描Linux的Makefile：首先编译系统会读取Linux内核顶层的Makefile，然后根据读到的内容第二次读取Kbuild的Makefile来编译Linux内核。

查看内核文档：../Documentation/kbuild/makefiles.txt我们可以获取到以下信息：
Linux内核Makefile分类（五类）
·Kernel Makefile 
Kernel Makefile位于Linux内核源代码的顶层目录，也叫 Top Makefile。它主要用于指定编译Linux Kernel目标文件（vmlinux）和模块（module）。这编译内核或模块是，这个文件会被首先 读取，并根据读到的内容配置编译环境变量。对于内核或驱动开发人员来说，这个文件几乎不用任何修改。

·.config

此文件为Kbuid构建子系统从..\arch\arm\configs目录下读了内核的相关配置或者通过make menuconfig而生成的内核临时配置文件。
·sripts/Makefile.*

   sripts/Makefile.* 包含了使用Kbuild Makefile子系统所用的所有规则的定义。
·Kbuild Makefile 
     Kbuild系统使用Kbuild Makefile来编译内核或模块。当Kernel Makefile被解析完成后，Kbuild会读取相关的Kbuild Makefile进行内核或模块的编译。Kbuild Makefile有特定的语法指定哪些编译进内核中、哪些编译为模块、及对应的源文件是什么等。内核及驱动开发人员需要编写这个Kbuild Makefile文件。
·ARCH Makefile 
ARCH Makefile位于ARCH/$(ARCH)/Makefile，是系统对应平台的Makefile。Kernel Top Makefile会包含这个文件来指定平台相关信息。只有平台开发人员会关心这个文件。
    Kbuild Makefile的文件名不一定是Makefile，尽管推荐使用Makefile这个名字。 大多的Kbuild文件的名字都是Makefile。为了与其他Makefile文件相区别，你也可以指定Kbuild Makefile的名字为Kbuild。而且如果“Makefile”和“Kbuild”文件同时存在，则Kbuild系统会使用“Kbuild”文件。

上面的几句来自对内核文档的翻译，然而上面标红的一段话，经过验证感觉不太准确，博主将模块目录中的Makefile删除，仅留下Kbuild文件却模块编译会出错。这到底是怎么回事呢？还是跟下代码流程来分析。

四、根本解决(Linux Kbuild 工作原理)

实际上执行了make命令后，Kbuild子系统还是要找到模块目录下的Makefile，如下：

all:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=`pwd` $*

其中 KERNELDIR 变量值为内核源码目录根目录

可见，Kbuild子系统将进入到内核源码根目录下去执行make,并将模块所在的目录名以参数的形式传进去。

实际上该过程总共分为两个stage:

1.编译出pvrsrvkm.o文件。

2.生成pvrsrvkm.mod.o pvrsrvkm.ko，并将内核模块文件拷贝原模块目录。见如下打印log:

make -C /home/ss/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/psp/linux-2.6.32-psp03.00.01.06.sdk M=`pwd` 
Building objects, stage 1.
make[3]: Entering directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/psp/linux-2.6.32-psp03.00.01.06.sdk'
……
  LD [M]  /home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/GFX_Linux_KM/pvrsrvkm.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 3 modules
  CC      /home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/GFX_Linux_KM/pvrsrvkm.mod.o
  LD [M]  /home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/GFX_Linux_KM/pvrsrvkm.ko
  ……
make[3]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/psp/linux-2.6.32-psp03.00.01.06.sdk'
make[2]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/GFX_Linux_KM'
copying the sgx kernel modules to appropriate folder...
building devmem2...
make -C /home/ss/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2 clean && make -C /home/ss/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2 && make -C /home/ss/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2 install
make[2]: Entering directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
rm -rf ./Obj *.o
make[2]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
make[2]: Entering directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
mkdir -p ./Obj
……
arm-none-linux-gnueabi-g++ -o ./Obj/devmem2 ./Obj/devmem2.o    -lm -ldl -L/lib -Wl  
/usr/local/arm/arm-2009q1/bin/../lib/gcc/arm-none-linux-gnueabi/4.3.3/../../../../arm-none-linux-gnueabi/bin/ld: warning: library search path "/lib" is unsafe for cross-compilation
make[2]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
make[2]: Entering directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
cp ./Obj/devmem2 ../../targetfs/
make[2]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01/tools/devmem2'
make[1]: Leaving directory `/home/ss/develop_environment/v2/sys/dvsdk/ti-dvsdk_dm3730-evm_4_02_00_06/omap35x_graphics_sdk_4.00.00.01'

stage 1:

   内核Makefile根据时间戳进行比较看哪些目标文件需要编译，这个过程将生成pvrsrvkm.o文件。

stage 2:

这个obj-m :pvrsrvkm.o什么时候会执行到呢？

在执行：

$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=`pwd` $*

时，Kbuild去内核根目录下的Makefile中寻找目标modules，代码贴上：

PHONY += modules
modules: $(vmlinux-dirs) $(if $(KBUILD_BUILTIN),vmlinux)
	$(Q)$(AWK) '!x[$$0]++' $(vmlinux-dirs:%=$(objtree)/%/modules.order) > $(objtree)/modules.order
	@$(kecho) '  Building modules, stage 2.';
	$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost
	$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.fwinst obj=firmware __fw_modbuild

在这过程中，会调用

$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost

而在 scripts/Makefile.modpost中会包含很多文件如：

include $(if $(wildcard $(KBUILD_EXTMOD)/Kbuild), \
             $(KBUILD_EXTMOD)/Kbuild, $(KBUILD_EXTMOD)/Makefile)

由上面可看出：内核根目录Makefile相当于以头文件的形式包含了模块目录下的Kbuild文件和Makefile

所以执行的是：obj-m:=pvrsrvkm.o

进而pvrsrvkm.mod.o pvrsrvkm.ko也就生成了,最后又将pvrsrvkm.ko内核模块拷贝到原模块目录。