Exynos4412 内核移植（二）—— 内核编译过程分析

内核的编译同样是从Makefile 来分析：

一、内核源码结构

Linux内核文件数目近2万，出去其他架构CPU的相关文件，他们分别位于顶层目录下的17个子目录，各个目录功能独立，下面是常用目录：

arch:体系结构相关代码
ipc:进程调度相关代码
mm:内存管理
Documentation：帮助文档
net:网络协议
lib:库
scripts:编译相关脚本工具
tools：编译相关工具
drivers:设备驱动
fs:文件系统实现

对于ARM 架构的Exynos4412，其体系相关的代码在arch/arm/目录下，在后面进行的Linux移植时，开始的工作正式修改这个目录下的文件。

二、Linux Makefile分析

内核中的哪些文件将被编译？它们是怎样被编译的？它们连接时的顺序如何确定？那个文件在最前面？哪些文件或函数先执行？这些都是通过Makefile 来管理的。从最简单的角度来总结Makefile的作用，有以下3点：

1）-- 决定编译哪些文件；

2）-- 怎样编译这些文件？

3）-- 怎样连接这些文件，最重要的是它们的顺序如何？

Linux 内核源码中含有很多个Makefile文件，这些Makefile文件又要包含其他一些文件（比如配置信息、通用的规则等）。这些文件构成了 Linux 的Makefile 体系，可以分为下表中的5类：

名称	描述
顶层Makefile	他是所有Makefile文件的核心，从总体上控制内核的编译和链接
.config	配置文件，在配置内核时产生。所有Makefile文件（包括顶层目录及各级子目录）都是 根据.config来决定使用哪些文件
arch/$(ARCH)/Makefile	对应体系结构的Makefile,它用来决定哪些体系结构相关的文件参与内核的生成，并 提供一些规则来生成特定格式的内核映像。
scripts/makefile.*	Makefile公用的通用规则、脚本等
kbuild Makefiles	各级 子目录下的Makefile,他们相对简单，被上一层Makefile调用来编译当前目录下的文件

以下根据见面总结的Makefile 的3大作用分析这5类文件。

1、决定编译哪些文件

Linux内核的编译过程从顶层Makefile开始，然后递归地进入各级子目录调用他们的makefile,分为3个步骤：

a -- 顶层Makefile 决定内核根目录下哪些子目录将被编进内核；

b -- arch/$(ARCH)/Makefile 决定arch/$(ARCH)目录下哪些文件、哪些目录将被编进内核；

c -- 各级子目录下的Makefile决定所在目录下哪些文件将被编进内核，哪些文件将被编程模块（即驱动程序），进入哪些子目录继续调用它们的Makefile。

a -- 先看步骤a， 顶层Makefile的编译

在顶层Makefile 中可以看到如下内容：

可见，顶层Makefile将这14个子目录分为5类：init-y、divers-y、net-y、libs-y和core-y。

我们可以看到，最重要的arch目录没有出现在内核中。它在arch/$(ARCH)/Makefile中被包含进内核，在顶层Makefile中直接包含了这个Makefile，如下所示：

对于ARCH变量，可以在执行make时传入，比如“make ARCH=arm ...”。另外，对于非X86平台，还需要指定交叉编译工具，这也可以在执行make 命令时传入，比如“make CROSS_COPILE=arm-linux- ..”。为了方便，常在顶层Makefile中进行如下修改。这样执行make时就会将ARCH变量传入

b -- 看步骤 b，arch/$(ARCH)/Makefile的编译

对于步骤 b 的 arch/$(ARCH)/Makefile，以ARM为例，在arch/arm/Makefile 中可以看到如下内容：

从129行可知，除了刚面的5类子目录外，又出现了一类：head-y，不过它直接以文件名出现；

arch/arm/Makefile 中类似第268-273行的代码进一步扩展了core-y的内容，第276行扩展了libs-y的内容，这些都是体系相关的目录；第261-265行中的CONFIG_在配置内核时定义，它的值有3种：y、m或空。y表示编进内核，m表示编为模块，空表示不使用；

编译内核时，将依次进入init-y、core-y、libs-y、drivers-y和net-y 所列出的目录中执行它们的Makefile，每个子目录都会生成一个 built-in.o(libs-y所列目录下，有可能生成lib.a文件)。最后，head-y所表示的文件将和在这些built-in.o、lib.a 一起被连接成内核映像文件 vmlinux。

c -- 步骤 c 是如何进行的，各级子目录下的Makefile的编译

在配置内核时，生成配置文件.config。内核顶层Makefile使用如下语句间接包含.config 文件，以后就根据.config中定义的各个变量决定编译哪些文件。值所以说是“间接”包含，试音为包含的是include/config/auto.conf 文件，而它只是将.config文件中的注释去掉，并根据顶层Makefile中定义的变量增加一些变量而已。

2、怎样编译这些文件

即编译选项、连接选项是什么。这些选项分3类：全局的，适用于整个内核代码树；局部的，仅适用于某个Makefile中的所有文件；个体的，仅适用于某个文件。

全局选项在顶层Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile 中定义，这些选项的名称为：CFLAGS、AFLAGS、LDFLAGS、ARFLAGS，他们分别是编译C文件的选项、编译汇编问价你的选项、连接文件的选项、制作库文件的选项。

3、怎样连接这些文件，它们顺序如何

前面分析有哪些文件要编进内核时，顶层Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile定义了6类目录（或文件）：head-y、init-y、drivers、libs-y 和 core-y。它们的初始值如下（以ARM体系为例）

arch/arm/Makefile 中：

顶层makefile 中：

可见，除head-y 外，其余的init-y、drivers-y等都是目录名。在顶层Makefile 中，这IE目录名的后面直接加上built-in.o 或 lib.a，表示要连接进内核的文件。

上面的patubst是个字符串处理函数，它的用法如下：

(patsubst pattern, replacement,text)

表示寻找“text”中符合格式“pattern”的字，用”replacement"替换它们。比如上面的init-y初值为“init/”，经过793行的交互后，“init-y” 变为“init/built - in.o”。

顶层Makefile中，再往下看：

对于ARM体系，连接脚本就是arch/arm/kernel/vmlinux.lds，它由 arch/arm/kernel/vmlinux/lds.S文件生成，先将生成的arch/arm/kernel/vmlinux.lds摘录如下：

总结：

a -- 配置文件.config 中定义了一系列的变量，Makefile将结合它们来决定哪些文件被编进内核、哪些文件被编进模块、涉及哪些子目录；

b -- 顶层Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile决定根目录下哪些子目录、arch/$(ARCH) 目录下哪些文件和目录将被编进内核；

c -- 最后，各级子目录下的Makefile决定所在目录下哪些文件将被编进内核，哪些文件将被变成模块（即驱动程序），进入哪些子目录继续调用它们的Makefile；

d -- 顶层Nakedfile和arch/$(ARCH)/Makefile设置了可以影响所有文件的编译、连接选项：CFLAGS、AFLAGS、LDFLAGS、ARFLAGS；

e -- 顶层Makefile按照一定的顺序组织文件，根据连接脚本 arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成内核映像文件vmlinux。