嵌入式Linux内核裁减移植PPT课件

1、课程安排nLinux内核配置与编译nLinux内核MakefilenLinux内核启动流程第1页/共38页Linux系统结构第2页/共38页用户与内核空间 从上图得 知， Linux由 用户空间和内核空间两部分组 成。 为什么 Linux系统会被划分为 用户空间与内核空间？第3页/共38页CPU工作模式 现代 CPU通常实现了不同 的工作模 式，以ARM为例 ， 实现了 7种工作模式： 用 户模式 （ usr）、 快速中断 (fiq)、 外部中断(irq)、 管理模 式（ svc） 、 数据访问中(abt)、 系统模 式 (sys)、 未 定义指令异常 (und) X86也实现了 4个不同的级

2、别 ： Ring0Ring3。Ring0下 ， 可以执行特权 指令，可以访问 IO设备等，在 Ring3则有 很多限 制。 第4页/共38页体系结构 Linux系统利用了 CPU的 这一特性，使用了其中的两级来分别运行 Linux内核与应用程序，这样使操作系统本身得到充分的保护。 例如：如果使用 X86，用 户代码运行在 Ring3，内核代码运行在Ring0。 第5页/共38页体系结构 内核空间与用户空间是程序执行的两种不同状态，通过系统调用和硬件中断能够完成从用户空间到内核空间的转移。 什么是Linux内核？ 第6页/共38页内核架构第7页/共38页内核配置与编译LinuxLinux内核具有

3、可定制的优点 , ,具体步骤如下：1. 1. 清除临时文件、中间文件和配置文件 . . make cleanmake clean：remove most generated remove most generated files but keep the configfiles but keep the config make mrpropermake mrproper：remove all generated remove all generated files + config filesfiles + config files make distcleanmake distclean：m

4、rproper + remove mrproper + remove editor backup and patch fileseditor backup and patch files第8页/共38页内核配置与编译2 2、确定目标系统的 软硬件配置情况，比如 CPUCPU的类型、网卡的型号，所需支持的网络协议等3 3、使用如下命令之一配置内核： make configmake config：基于文本模式的交互式配置。 make menuconfigmake menuconfig：基于文本模式的菜单型配置。（推荐使用） make oldconfigmake oldconfig：使用已有的配置

5、文 件（ .config.config） ， 但 是会询 问新增 的配置 选项。 make xconfigmake xconfig：图 形 化的 配置（需 安装图 形化系统 ）。4 4、配置信息保存为.config.config文件第9页/共38页内核配置与编译make menuconfig 是 最为常用的内核配置方式， 按功能分层次来组织配置选项 使用方法如下：1、使用方向键在各选项间移动；2、使用 “Enter”键进入下一层 选单；每个选项上的高亮字母是键盘快捷方式，使用它可以快速地到达想要设置的选单项；3、在括号中按 “y”将这个项目编译进内核中，按“m”编译为 模块，按 “n”为不选择

6、（按空格键也可在编译进内核、编译为模块和不编译三者间进行切换），按“h”将 显示这个选项的帮助信息，按 “Esc”键将返回到上层选单。第10页/共38页内核配置与编译 Y：编译出目标文件，并直接链接到内核映像image M：编译出目标文件，但不链接 N：不编译 Y、M、N的区别？ 第11页/共38页内核配置与编译 配置菜单中的项该怎么选择呢？ 参考内核配置手册文档 内核配置通常在一个已有的配置文件基础上，通过修改得到新的配置文件,Linux,Linux内核提供了一系列可供参考的内核配置文件，位于arch/$cpu/configsarch/$cpu/configs make xxx_defcon

7、fig,make xxx_defconfig,生成.config.config 更便捷的方法是使用厂家提供的配置文件 cp config_mini6410_n43 .configcp config_mini6410_n43 .config第12页/共38页内核配置与编译4 4、编译内核： 编译内核映像 make zImagemake zImage make bzImage make bzImage 区别：在X86X86平台， zImagezImage只能用于小于 512K512K的内 生成带UbootUboot文件头的的内核: :make uImagemake uImage 注意需要uboot

8、uboot的mkimagemkimage工具支持, ,但本开发板ubootuboot支持直接引导zImagezImage参见:cmd_bootm.c:cmd_bootm.c: :#ifdef CONFIG_ZIMAGE_BOOT 如需获取详细编译过程信息, ,可使用： make zImage V=1make zImage V=1 make bzImage V=1make bzImage V=1编译出错时，可以通过查看编译过程信息定位错误，例如缺少某些编译选项时可以到相应目录下的MakefileMakefile去修改 编译好的内核位于arch/boot/arch/boot/目录下 第13页/共3

9、8页内核映像构成 第14页/共38页内核映像构成 第15页/共38页内核映像构成 启动代码功能代码符号链接第16页/共38页Linux内核启动流程 第17页/共38页演示：编译使用开发板内核1、使用厂商提供的配置文件配置内核2、编译内核映像zImage3、下载到开发板通过uboot启动内核第18页/共38页课程安排nLinux内核配置与编译nLinux内核MakefilenLinux内核启动流程第19页/共38页内核Makefile组成第20页/共38页内核Makefile作用1、决定编译哪些文件？2、决定怎样编译这些文件？3、决定怎样链接这些文件，最重要是它们的连接顺序如何？第21页/共38

10、页编译哪些文件1 1、顶层MakefileMakefile决定根目录下哪些子目录将被编译（1 1）、将子目录分为以下几类：init-yinit-y、drivers-ydrivers-y、net-ynet-y、libs-ylibs-y、和core-ycore-y（2 2）、archarch目录内的MakefileMakefile直接包含进来 include $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefileinclude $(srctree)/arch/$(ARCH)/Makefile（3 3）、ARCHARCH变量在make menuconfigmake menuconfig时配

11、置或者makemake时传入make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- 在顶层目录MakefileMakefile可查看这两个体系结构相关变量第22页/共38页编译哪些文件2 2、arch/$(ARCH)/Makefilearch/$(ARCH)/Makefile决定arch/$(ARCH)arch/$(ARCH)目录下哪些文件、哪些目录被编译（1 1）、增加head-yhead-y类： （2 2）、并且扩展libs-ylibs-y、core-ycore-y类中体系结构相关内容3 3、

12、编译时，依次进入init-yinit-y、drivers-ydrivers-y、net-ynet-y、libs-ylibs-y、和core-ycore-y所列出的目录中执行它们的Makefile Makefile 第23页/共38页怎样编译文件1 1、各级子目录下的MakefileMakefile决定所在目录下哪些文件将被编译进内核，哪些文件将被编译成模块，进入哪些子目录继续调用它们的MakefileMakefile(1)(1)、配置内核时生成.config.config，转化为include/config/auto.confinclude/config/auto.conf文件（去掉了.con

13、fig.config中的注释）顶层MakefileMakefile引用该文件include include/config/auto.confinclude include/config/auto.conf(2)(2)、auto.confauto.conf中的变量值有两类：“y”y”和“m”m”, ,子目录MakefileMakefile使用这些变量来决定哪些文件被编译进内核中，哪些文件被编译成模块(3)(3)、obj-yobj-y，定义文件编译进内核: : obj-y obj-y中定义的.o.o文件由当前目录下的.c.c或.S.S文件编译生成，它们连同下级子目录的build-in.obuild

14、-in.o一起链接成当前目录下的build-in.obuild-in.o文件，被上一层MakefileMakefile使用第24页/共38页怎样编译文件（4 4）obj-mobj-m，定义文件编译成可加载模块obj-mobj-m中定义的.o.o文件由当前目录下的.c.c或.S.S文件编译生成，但不会编进 build-in.o build-in.o中，而是编译成可加载模块.ko.ko当某个模块(m)(m)需要多个文件编译制作而成: :obj-m = a.oobj-m = a.oa-objs:= b.o, c.o, d.oa-objs:= b.o, c.o, d.o由b.ob.o，c.o,d.oc

15、.o,d.o组合生成a.oa.o，a.oa.o最后制作成a.koa.ko模块（5 5）、obj-mobj-m、obj-yobj-y变量中增加子目录名则进入该子目录执行Makefile Makefile （6 6）、 lib-ylib-y，定义文件被编译成库文件lib-ylib-y中定义的.o.o文件由当前目录下的.c.c或.S.S文件编译生成，并且被打包成当前目录下的一个库文件lib.alib.a要把lib.alib.a编译进内核，需要在顶层MakefileMakefile中libs-ylibs-y中列出该目录要编译成库的代码一般在lib/lib/、arch/$(ARCH)/lib/arch/

16、$(ARCH)/lib/这两个目录下第25页/共38页怎样链接文件1 1、除了head-yhead-y外，init-yinit-y、drivers-ydrivers-y等都是目录名，顶层MakefileMakefile中，这些目录名直接加上build-in.obuild-in.o或lib.a,lib.a,表示要链接进内核的文件init-y := $(patsubst %/, %/build-in.o, $(init-y)init-y := $(patsubst %/, %/build-in.o, $(init-y)将在$(init-y)$(init-y)变量中将“/”/”替换成“/build-

17、in.o”/build-in.o”2 2、内核映像链接顺序vmlinux-init:=vmlinux-init:=$(head-y) $(head-y) $(init-y)$(init-y)vmlinux-main:=$(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)vmlinux-main:=$(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)vmlinux-all:$(vmlinux-init) $(vmlinux-main)vmlinux-all:$(vmlinux-init) $(vmlinux-main)3 3、内核映像链

18、接脚本vmlinux-lds:=arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.ldsvmlinux-lds:=arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds第26页/共38页怎样链接文件5 5、顶层目录MakefileMakefile和arch/$(ARCH)/Makefilearch/$(ARCH)/Makefile设置了影响所有文件的编译链接选项：CFLAGSCFLAGS、AFLAGSAFLAGS、LDFLAGSLDFLAGS、ARFLAGSARFLAGS6 6、各级子目录下的MakefileMakefile中可以设置能影响当前目录下所有文件的编译链界选项：EXT

19、RA_CFLAGSEXTRA_CFLAGS、EXTRA_AFLAGSEXTRA_AFLAGS、EXTRA_LDFLAGSEXTRA_LDFLAGS、EXTRA_ARFLAGSEXTRA_ARFLAGS7 7、还可以设置只影响某个文件的编译选项：CFLAGS_$CFLAGS_$、AFLAGS_$AFLAGS_$, , $目标表示文件名第27页/共38页课程安排nLinux内核配置与编译nLinux内核MakefilenLinux内核启动流程第28页/共38页内核启动过程1 1、LinuxLinux内核启动过程也可分为两个阶段（1 1）、架构/ /开发板相关的引导过程第29页/共38页机器ID使用

20、检查是否支持传入的机器类型（1 1）head.shead.s中调用head-common.Shead-common.S实现的_lookup_machine_type_lookup_machine_type检测机器IDID第30页/共38页机器ID使用（2 2）、_arch_info_begin_arch_info_begin、_arch_info_end_arch_info_end在链接脚本arch/arm/kernel/vmlinux.ldsarch/arm/kernel/vmlinux.lds中定义（3 3）、include/arm/include/asm/mach/arch.hinclude/arm/include/asm/mach/arch.h中定义了如下结构第31页/共38页机器ID使用（4 4）、arch/arm/mach-s3c64xx/mach-mini6410arch/arm/mach-s3c64xx/mach-mini6410中定义了如下结构如果内核配置了mini6410mini6410开发板，则 struct machine_desc _mach_desc_mini6410结构被定义在段，在该段中包含了mini6410开发板的机器ID：MACH_TYPE_MINI6410各种开发