linux zImage生成过程详解.doc

可以看到，在顶层makefile的第278行，包含了scripts/Kbuild.include文件，在这里定义了大量的函数和变量，供顶层makefile和其他makefile文件使用。 在顶层makefile文件的第412行，包含了arch/arm/Makefile。这个是体系结构相关makefile文件。它定义了体系结构相关的一些变量及规则。 当执行”make”时，arch/arm/Makefile中的185行的规则将是make遇到的第一个规则： all: $(KBUILD_IMAGE) KBUILD_IMAGE这个变量是arch/arm/Makefile的第182行定义。 KBUILD_IMAGE := zImage 然后看zImage的构建规则，在arch/arm/Makefile的第212行开始定义 zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$ build变量在scripts/Kbuild.include文件中第114行定义： build := -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj boot变量在arch/arm/Makefile的187行定义： boot := arch/arm/boot MACHINE变量的值在arch/arm/Makefile的147行开始定义 ifneq ($(machine-y),) MACHINE := arch/arm/mach-$(machine-y)/ else MACHINE := endif 这里machine-y := s3c2410，所以变量MACHINE的值为 MACHINE := arch/arm/mach-s3c2410 所以上面的规则可写为如下形势 zImage: vmlinux $(Q)$(MAKE) -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj= arch/arm/boot MACHINE= arch/arm/mach-s3c2410 arch/arm/boot/ zImage 这个规则的依赖是vmlinux，下面先看看这个依赖目标的创建规则。 vmlinux目标的规则在顶层Makefile的第738行定义。 vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o) FORCE ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check endif $(call if_changed_rule,vmlinux_) $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $ $(Q)rm -f .old_version 这里涉及到几个变量，先看看这几个变量的定义，前三个变量分别在605、602、603行定义。 vmlinux-init := $(head-y) $(init-y) vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y) vmlinux-lds := arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds 其中head-y在arch/arm/Makefile中第89行定义， head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o init-y在顶层makefile的433行定义 init-y := init/ 后又在第567行进行处理 init-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y) 所以变量init-y应为 init-y := init/built-in.o 因此 vmlinux-init := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o init/built-in.o 同理，其他几个变量也可通过类似方法进行分析，这里不一一分析了。vmlinux-init这个变量的构建规则在748行定义： $(sort $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(vmlinux-lds): $(vmlinux-dirs) ; 这里是一个空命令的规则。空命令行可以防止make在执行时试图为重建这个目标去查找隐含命令。其依赖为vmlinux-dirs，这个变量在顶层Makefile第558行定义： vmlinux-dirs := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(init-y) $(init-m) $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m) 这个变量指定了一系列要进入的下层目录。他的规则在顶层Makefile第757行定义 $(vmlinux-dirs): prepare scripts $(Q)$(MAKE) $(build)=$ 这里的两个依赖就不分析了，主要看一下这个规则的命令，build和$变量展开后如下 $(Q)$(MAKE) -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj =$(vmlinux-dirs) 这里会再一次进入scripts/Makefile.build执行83行规则 _build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y) $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(subdir-ym) $(always) : 因为KBUILD_BUILTIN在顶层Makefile中被初始化为1，所以这个规则的依赖有一个builtin-target变量。这个变量在scripts/Makefile.build的78行定义 ifneq ($(strip $(obj-y) $(obj-m) $(obj-n) $(obj-) $(lib-target),) builtin-target := $(obj)/built-in.o endif 变量obj就是vmlinux-dirs变量指定的目录。所以这里会构建$(vmlinux-dirs)/built-in.o目标，在scripts/Makefile.build文件的261行开始，有这个目标的规则及命令的定义 ifdef builtin-target quiet_cmd_link_o_target = LD $ # If the list of objects to link is empty, just create an empty built-in.o cmd_link_o_target = $(if $(strip $(obj-y), $(LD) $(ld_flags) -r -o $ $(filter $(obj-y), $), rm -f $; $(AR) rcs $) $(builtin-target): $(obj-y) FORCE $(call if_changed,link_o_target)， scripts/Makefile.build在第16行开始包含了vmlinux-dirs变量指定目录中的Makefile文件，在这些makefile文件中会指定obj-y变量，它指定的都是一些*.o目标文件， kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src),$(src),$(srctree)/$(src) include $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild), $(kbuild-dir)/Kbuild, $(kbuild-dir)/Makefile) 这些*.o文件的生成方法由scripts/Makefile.build文件202行的模式规则指定 %.o: %.c FORCE $(call cmd,force_checksrc) $(call if_changed_rule,cc_o_c) 通过上面这一系列的步骤，就编译链接出由变量vmlinux-init指定的目标，vmlinux-main变量指定的目标的构建与此类似。再看看vmlinux的构建规则 vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) $(kallsyms.o) FORCE ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check endif $(call if_changed_rule,vmlinux_) $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost $ $(Q)rm -f .old_version 现在vmlinux的依赖都处理好了，开始执行这个规则的命令，命令 $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check 是进行头文件的相关检测，这里不作详细分析。看第二条命令 $(call if_changed_rule,vmlinux_) 这里通过函数调用，执行rule_vmlinux_，在顶层Makefile第636行开始定义 define rule_vmlinux_ : $(if $(CONFIG_KALLSYMS),+$(call cmd,vmlinux_version) $(call cmd,vmlinux_) $(Q)echo cmd_$ := $(cmd_vmlinux_) $(D)/.$(F).cmd $(Q)$(if $($(quiet)cmd_sysmap), echo $($(quiet)cmd_sysmap) System.map &) $(cmd_sysmap) $ System.map; if $? -ne 0 ; then rm -f $; /bin/false; fi; $(verify_kallsyms) endef 这里主要还是调用cmd_vmlinux_，定义在顶层Makefile的610行 cmd_vmlinux_ ?= $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) -o $ -T $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) -start-group $(vmlinux-main) -end-group $(filter-out $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) FORCE ,$) 通过这个命令将变量vmlinux-init和vmlinux-main指定的目标链接成vmlinux文件。链接脚本由vmlinux-lds指定。在顶层 Makefile 605行定义： vmlinux-lds := arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds 现在再看一下zImage的构建规则 zImage: vmlinux $(Q)$(MAKE) -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj= arch/arm/boot MACHINE= arch/arm/mach-s3c2410 arch/arm/boot/ zImage 其依赖vmlinux已经构建完成，它的命令同样是执行scripts/Makefile.build文件，它的开头包含了arch/arm/boot/Makefile文件，在这个文件的第56行开始就是arch/arm/boot/zImage的构建规则： $(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE $(call if_changed,objcopy) echo Kernel: $ is ready 变量obj的值就是arch/arm/boot，前面已经分析过。其依赖 $(obj)/compressed/vmlinux的构建规则在arch/arm/boot/Makefile的53行开始定义的 $(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE $(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $ 这个规则的依赖$(obj)/Image的构建规则在arch/arm/boot/Makefile的49行开始定义： $(obj)/Image: vmlinux FORCE $(call if_changed, objcopy) echo Kernel: $ is ready 在这个规则中，将前面创建的vmlinux文件通过二进制工具objcopy进行处理，在scripts/Makefile.build的第19行包含了scripts/Makefile.lib include scripts/Makefile.lib 在这个makefile文件中，有cmd_objcopy的定义，在156行开始定义 quiet_cmd_objcopy = OBJCOPY $ cmd_objcopy = $(OBJCOPY) $(OBJCOPYFLAGS) $(OBJCOPYFLAGS_$(F) $ $ 变量OBJCOPY在顶层Makefile中289行定义： OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy OBJCOPYFLAGS变量在arch/arm/Makefile中第15行定义 OBJCOPYFLAGS :=-O binary -R .note -R .comment S 所以命令cmd_objcopy可扩展为 cmd_objcopy = $(CROSS_COMPILE)objcopy -O binary -R .note -R .comment S $ $ 这就是处理vmlinux的命令。然后看看规则 $(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE $(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $ 的命令行，变量扩展后为： $(Q)$(MAKE) -f $(if $(KBUILD_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj= $(obj)/compressed $(obj)/compressed/vmlinux 于是在scripts/Makefile的开头会包含arch/arm/boot/compressed/Makefile文件，并执行其中的$(obj) /vmlinux目标所在的规则，在这个Makefile文件的第98行开始定义： $(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.o $(addprefix $(obj)/, $(OBJS) FORCE $(call if_changed,ld) : 这里先看$(obj)/piggy.o，在arch/arm/boot/compreseed/Makefile的103行开始 $(obj)/piggy.gz: $(obj)/./Image FORCE $(call if_changed,gzip) $(obj)/piggy.o: $(obj)/piggy.gz FORCE 这两个规则的第一个就是把由vmlinux生成的Image进行压缩生成piggy.gz，然后生成piggy.o cmd_ld命令在scripts/Makefile.lib文件149行定义： quiet_cmd_ld = LD $ cmd_ld = $(LD) $(LDFLAGS) $(EXTRA_LDFLAGS) $(LDFLAGS_$(F) $(filter-out FORCE,$) -o $ 这里根据链接脚本arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds链接生成了arch/arm/boot/compressed/vmlinux文件。然后在arch/arm/boot/Makefile的第56行的规则中 $(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE $(call if_changed,objcopy) echo Kernel: $ is ready 经过objcopy处理后便生成的最终的zImage 。 下面看一下顶层Makefile生成的vmlinux以及arch/arm/boot/compressed/makefile生成的vmlinux的起始地址。 通过顶层Makefile中的规则生成vmlinux是根据arch/arm/kernel/vmlinux.lds这个脚本链接生成的。arch/arm/kernel/vmlinux.lds是由arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S生成的，其生成规则在scripts/Makefile.build的第246行开始定义 quiet_cmd_cpp_lds_S = LDS $ cmd_cpp_lds_S = $(CPP) $(cpp_flags) -D_ASSEMBLY_ -o $ $ %.lds: %.lds.S FORCE $(call if_changed_dep,cpp_lds_S) 在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S的开始处有 #ifdef CONFIG_XIP_KERNEL . = XIP_VIRT_ADDR(CONFIG_XIP_PHYS_ADDR); #else . = PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET; #endif 我们这里的起始地址就是PAGE_OFFSET + TEXT_OFFSET。 在include/asm-arm/memory.h的49行开始有 #ifndef PAGE_OFFSET #define PAGE_OFFSET UL(0xc0000000) #endif 而arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S的开头有 #include asm是一个符号，链接到asm-arm上的 在arch/arm/Makefile第140行，有 TEXT_OFFSET := $(textofs-y) 第90行有 textofs-y := 0x00008000 所以TEXT_OFFSET := 0x00008000 在153行有export TEXT_OFFSET将此变量输出。这样arch/arm/