【正点原子FPGA连载】第十四章 Linux内核顶层Makefile详解--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

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第十四章Linux内核顶层Makefile详解

前几章我们重点讲解了如何移植uboot到领航者开发板上，从本章开始我们就开始学习如何移植Linux内核。同uboot一样，在具体移植之前，我们先来学习一下Linux内核的顶层Makefile文件，因为顶层Makefile控制着Linux内核的编译流程。

1.1 Linux内核获取

关于Linux的起源以及发展历史，这里就不啰嗦了，网上相关的介绍太多了。即使写到这里也只是水一下教程页数而已，没有任何实际的意义。有限的时间还是放到有意义的事情上吧，Linux由Linux基金会管理与发布，Linux官网为https://www.kernel.org，所以你想获取最新的Linux版本就可以在这个网站上下载，网站界面如下图所示：

图 27.1.1 linux官网

从上图可以看出最新的稳定版Linux已经到了5.1.4，大家没必要追新，因为4.x版本的Linux和5.x版本没有本质上的区别，5.x更多的是加入了一些新的平台、新的外设驱动而已。

Xilinx会从https://www.kernel.org下载某个版本的Linux内核，然后将其移植到自己的芯片平台上，测试成功以后就会将其开放给Xilinx的芯片平台开发者。开发者下载Xilinx提供的Linux内核，然后将其移植到自己的产品上。后面的移植我们使用Xilinx提供的Linux源码，Xilinx提供的Linux源码已经放到了开发板光盘中，路径为：ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\kernel\linux-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz。

1.2 Linux内核编译初次编译

先看一下如何编译Linux源码，这里编译一下领航者开发板移植好的Linux源码，已经放到了开发板光盘中，路径为：ZYNQ开发板资料盘(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7020\3_Embedded_Linux\资源文件\kernel\ linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz。可以在Ubuntu中新建一个名为“alientek_linux”的文件夹，然后将linux- linux-4.14.0-atk-v2018.3.tar.gz这个压缩包拷贝到新建的alientek_linux文件夹中并解压。此处我们使用20.1节下载的linux内核。进入到下载到内核目录处，查看内核目录结构，命令如下：

cd ~/work/petalinux/linux-4.14/

ls

可以看到Linux源码根目录如下图所示：

图 27.2.1正点原子提供的Linux源码根目录

其中oe-logs和oe-workdir是Petalinux工具生成的链接目录，不是linux内核的源码目录。

现在我们讲解一下如何编译出对应的Linux镜像文件。新建名为“zynq.sh”的shell脚本，然后在这个shell脚本里面输入如下所示内容：

示例代码zynq.sh文件内容

1. #!/bin/sh
   
2. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
   
3. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_zynq_defconfig
   
4. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
   
5. make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

复制代码

第2行，执行“make distclean”，清理工程，所以zynq.sh每次都会清理一下工程。如果通过图形界面配置了Linux，但是还没保存新的配置文件，那么就要慎重使用zynq.sh编译脚本了，因为它会把你的配置信息都删除掉。

第3行，执行“make xxx_defconfig”，配置工程。

第4行，执行“make menuconfig”，打开图形配置界面，对Linux进行配置，如果不想每次编译都打开图形配置界面的话可以将这一行删除掉。

第5行，执行“make”，编译Linux源码。

可以看出，Linux的编译过程基本和uboot一样，都要先执行“make xxx_defconfig”来配置一下，然后在执行“make”进行编译。如果需要使用图形界面配置的话就执行“make menuconfig”。

使用chmod给予zynq.sh可执行权限，然后运行此shell脚本，命令如下：

./zynq.sh

编译的时候会弹出Linux图形配置界面，如下图所示：

图 27.2.2 Linux图形配置界面

Linux的图行界面配置和uboot是一样的，这里我们不需要做任何的配置，直接按两下ESC键退出，退出图形界面以后会自动开始编译Linux。等待编译完成，完成以后如下图所示：

图 27.2.3 Linux编译完成

编译完成以后就会在arch/arm/boot这个目录下生成一个叫做zImage的文件，zImage就是我们要用的Linux镜像文件。另外也会在arch/arm/boo/dts下生成很多.dtb文件，这些.dtb就是设备树文件，比如zynq-altk.dtb就是领航者开发板对应的设备树。

1.3 Linux工程目录分析

将正点原子提供的Linux源码进行解压，解压完成以后的目录如下图所示：

图 27.3.1未编译的Linux源码目录

上图就是正点原子提供的未编译的Linux源码目录文件，我们在分析Linux之前一定要先在Ubuntu中编译一下Linux，因为编译过程会生成一些文件，而生成的这些恰恰是分析Linux不可或缺的文件。编译后的Linux目录如下图所示：

图 27.3.2编译后的Linux目录

上图中重要的文件夹或文件的含义如下表所示：

表26.2.2.1 Linux目录

上表中的很多文件夹和文件我们都不需要去关心，我们要关注的文件夹或文件如下：

1、arch目录

这个目录是和架构有关的目录，比如arm、arm64、avr32、x86等等架构。每种架构都对应一个目录，在这些目录中又有很多子目录，比如boot、common、configs等等，以arch/arm为例，其子目录如下图所示：

图 27.3.3 arch/arm子目录

上图是arch/arm的一部分子目录，这些子目录用于控制系统引导、系统调用、动态调频、主频设置等。arch/arm/configs目录是不同平台的默认配置文件：xxx_defconfig，如下图所示：

图 27.3.4配置文件

在arch/arm/configs中就包含有领航者开发板的默认配置文件：xilinx_zynq_defconfig,执行“make xilinx_zynq_defconfig”即可完成配置。arch/arm/boot/dts目录里面是对应开发平台的设备树文件，正点原子领航者开发板对应的设备树文件如下图所示：

图 27.3.5正点原子领航者开发板对应的设备树

arch/arm/boot目录中有编译出来的Image和zImage镜像文件，而zImage就是我们要用的linux镜像文件。

arch/arm/mach-xxx目录分别为相应平台的驱动和初始化文件，比如mach-zynq目录里面就是ZYNQ系列CPU的驱动和初始化文件。

2、block目录

block是Linux下块设备目录，像SD卡、EMMC、NAND、硬盘等存储设备就属于块设备，block目录中存放着管理块设备的相关文件。

3、crypto目录

crypto目录里面存放着加密文件，比如常见的crc、crc32、md4、md5、hash等加密算法。

4、Documentation目录

此目录里面存放着Linux相关的文档，如果要想了解Linux某个功能模块或驱动架构的功能，就可以在Documentation目录中查找有没有对应的文档。

5、drivers目录

设备驱动程序目录，此目录根据驱动类型的不同，分门别类进行整理，比如drivers/i2c就是I2C相关驱动目录，drivers/gpio就是GPIO相关的驱动目录，这是我们学习的重点。

6、firmware目录

此目录用于存放固件。

7、fs目录

此目录存放文件系统相关代码，比如fs/ext2、fs/ext4、fs/f2fs等，分别是ext2、ext4和f2fs等文件系统。

8、include目录

头文件目录。

9、init目录

此目录存放Linux内核启动的时候初始化代码。

10、ipc目录

IPC为进程间通信，ipc目录是进程间通信的具体实现代码。

11、kernel目录

Linux内核代码。与平台相关的部分代码放在arch/*/kernel目录下，其中*代表各种处理器平台

12、lib目录

lib是库的意思，lib目录都是一些公用的库函数。

13、mm目录

此目录存放与平台无关的内存管理代码，与平台相关的内存管理代码放在arch/*/mm目录下。

14、net目录

此目录存放网络相关代码。

15、samples目录

此目录存放一些示例代码文件。

16、scripts目录

脚本目录，Linux编译的时候会用到很多脚本文件，这些脚本文件就保存在此目录中。

17、security目录

此目录存放安全相关的文件。

18、sound目录

此目录存放音频相关驱动文件，音频驱动文件并没有存放到drivers目录中，而是单独的目录。

19、tools目录

此目录存放一些编译的时候使用到的工具。

20、usr目录

此目录存放与initramfs有关的代码。

21、virt目录

此目录存放虚拟机相关文件。

22、.config文件

根uboot一样，.config保存着Linux最终的配置信息，编译Linux的时候会读取此文件中的配置信息。最终根据配置信息来选择编译Linux哪些模块，哪些功能。

23、Kbuild文件

有些Makefile会读取此文件。

24、Kconfig文件

图形化配置界面的配置文件。

25、Makefile文件

Linux顶层Makefile文件，建议好好阅读一下此文件。

26、README文件

此文件详细讲解了如何编译Linux源码，以及Linux源码的目录信息，建议仔细阅读一下此文件。

关于Linux源码目录就分析到这里，接下来分析一下Linux的顶层Makefile。

1.4 VSCode工程创建

在分析Linux的顶层Makefile之前，先创建VSCode工程，创建过程和uboot一样。创建好以后将文件.vscode/settings.json改为如下所示内容：

示例代码settings.json文件内容

1. {
   
2.     "search.exclude": {
   
3.     "**/node_modules": true,
   
4.     "**/bower_components": true,
   
5.     "**/*.o":true,
   
6.     "**/*.su":true,
   
7.     "**/*.cmd":true,
   
8.     "Documentation":true,
   
9. 
   
10.      /* 屏蔽不用的架构相关的文件 */
    
11.      "arch/alpha":true,
    
12.      "arch/arc":true,
    
13.      "arch/arm64":true,
    
14.      "arch/avr32":true,
    
15.      "arch/[b-z]*":true,
    
16.      "arch/arm/plat*":true,
    
17.      "arch/arm/mach-[a-y]*":true,
    
18.      "arch/arm/mach-zx":true,
    
19. 
    
20.      /* 屏蔽不用的配置文件 */
    
21.      "arch/arm/configs/[a-w]*":true,
    
22.      "arch/arm/configs/[y-z]*":true,
    
23. 
    
24.      /* 屏蔽不用的DTB文件 */
    
25.      "arch/arm/boot/dts/[a-y]*":true,
    
26.      "arch/arm/boot/dts/.*":true,
    
27.      },
    
28. 
    
29.      "files.exclude": {
    
30.      "**/.git": true,
    
31.      "**/.svn": true,
    
32.      "**/.hg": true,
    
33.      "**/CVS": true,
    
34.      "**/.DS_Store": true,
    
35.      "**/*.o":true,
    
36.      "**/*.su":true,
    
37.      "**/*.cmd":true,
    
38.      "Documentation":true,
    
39. 
    
40.      /* 屏蔽不用的架构相关的文件 */
    
41.      "arch/alpha":true,
    
42.      "arch/arc":true,
    
43.      "arch/arm64":true,
    
44.      "arch/avr32":true,
    
45.      "arch/[b-z]*":true,
    
46.      "arch/arm/plat*":true,
    
47.      "arch/arm/mach-[a-y]*":true,
    
48.      "arch/arm/mach-zx":true,
    
49.      
    
50.            /* 屏蔽不用的配置文件 */
    
51.      "arch/arm/configs/[a-w]*":true,
    
52.      "arch/arm/configs/[y-z]*":true,
    
53. 
    
54.      /* 屏蔽不用的DTB文件 */
    
55.      "arch/arm/boot/dts/[a-y]*":true,
    
56.      "arch/arm/boot/dts/.*":true,
    
57.      }
    
58. }

复制代码

创建好VSCode工程以后就可以开始分析Linux的顶层Makefile了。

1.5 顶层Makefile详解

Linux的顶层Makefile和uboot的顶层Makefile非常相似，因为uboot参考了Linux，前610行几乎一样，所以前面部分我们大致看一下就行了。

1、版本号

顶层Makefile一开始就是Linux内核的版本号，如下所示：

示例代码顶层Makefile代码段

1. # SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   
2. VERSION = 4
   
3. PATCHLEVEL = 14
   
4. SUBLEVEL = 0
   
5. EXTRAVERSION =

复制代码

可以看出，Linux内核版本号为4.14.0。

2、MAKEFLAGS变量

MAKEFLAGS变量设置如下所示：

示例代码顶层Makefile代码段

1. MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)

复制代码

3、命令输出

Linux编译的时候也可以通过“V=1”来输出完整的命令，这个和uboot一样，相关代码如下所示：

示例代码顶层Makefile代码段

1.    ifeq ("$(origin V)", "command line")
   
2.      KBUILD_VERBOSE = $(V)
   
3.    endif
   
4.    ifndef KBUILD_VERBOSE
   
5.      KBUILD_VERBOSE = 0
   
6.    endif
   
7.    
   
8.    ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)
   
9.      quiet =
   
10.      Q =
    
11.    else
    
12.      quiet=quiet_
    
13.      Q = @
    
14.    endif

复制代码

4、静默输出

Linux编译的时候使用“make -s”就可实现静默编译，编译的时候就不会打印任何的信息，同uboot一样，相关代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.    # Ifthe user is running make -s (silent mode), suppress echoing of
   
2.    #commands
   
3. 
   
4.    ifneq ($(findstrings,$(filter-out --%,$(MAKEFLAGS))),)
   
5.      quiet=silent_
   
6.      tools_silent=s
   
7.    endif
   
8.    
   
9.    export quiet QKBUILD_VERBOSE

复制代码

5、设置编译结果输出目录

Linux编译的时候使用“O=xxx”即可将编译产生的过程文件输出到指定的目录中，相关代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   ifeq ($(KBUILD_SRC),)
   
2.   
   
3.   # OK,Make called in directory where kernel src resides
   
4.   # Do wewant to locate output files in a separate directory?
   
5.   ifeq ("$(originO)", "command line")
   
6.     KBUILD_OUTPUT:= $(O)
   
7.   endif

复制代码

       6、代码检查

Linux也支持代码检查，使用命令“make C=1”使能代码检查，检查那些需要重新编译的文件。“make C=2”用于检查所有的源码文件，顶层Makefile中的代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   ifeq ("$(originC)", "command line")
   
2.     KBUILD_CHECKSRC= $(C)
   
3.   endif
   
4.   ifndefKBUILD_CHECKSRC
   
5.     KBUILD_CHECKSRC= 0
   
6.   endif

复制代码

7、模块编译

Linux允许单独编译某个模块，使用命令“make M=dir”即可，旧语法“make SUBDIRS=dir”也是支持的。顶层Makefile中的代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   # Use make M=dir to specify directory of external module to build
   
2.   # Old syntax make ... SUBDIRS=$PWD is still supported
   
3.   #Setting the environment variable KBUILD_EXTMOD take precedence
   
4.   ifdef SUBDIRS
   
5.     KBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS)
   
6.   endif
   
7.   
   
8.   ifeq ("$(origin M)", "command line")
   
9.     KBUILD_EXTMOD := $(M)
   
10.   endif
    
11.   
    
12.   # Ifbuilding an external module we do not care about the all: rule
    
13.   # butinstead _all depend on modules
    
14.   PHONY += all
    
15.   ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
    
16.   _all: all
    
17.   else
    
18.   _all: modules
    
19.   endif
    
20.   
    
21.   ifeq ($(KBUILD_SRC),)
    
22.           # building in the source tree
    
23.           srctree := .
    
24.   else
    
25.           ifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir$(CURDIR)))
    
26.                   # building in a subdirectoryof the source tree
    
27.                   srctree := ..
    
28.           else
    
29.                   srctree := $(KBUILD_SRC)
    
30.           endif
    
31.   endif
    
32.   objtree        := .
    
33.   src        :=$(srctree)
    
34.   obj        :=$(objtree)
    
35.   
    
36.   VPATH      := $(srctree)$(if $(KBUILD_EXTMOD),:$(KBUILD_EXTMOD))
    
37.   
    
38.   export srctree objtree VPATH

复制代码

外部模块编译过程和uboot也一样，最终导出srctree、objtree和VPATH这三个变量的值，其中srctree=.，也就是当前目录，objtree同样为“.”。

8、设置目标架构和交叉编译器

同uboot一样，Linux编译的时候需要设置目标板架构ARCH和交叉编译器CROSS_COMPILE，在顶层Makefile中代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段=

1.   ARCH      ?= $(SUBARCH)
   
2.   CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

复制代码

有时为了方便，可以直接修改顶层Makefile中的ARCH和CROSS_COMPILE，将其设置为对应的架构和编译器，比如本教程可以将ARCH设置为arm，CROSS_COMPILE设置为arm-linux-gnueabihf-，如下所示：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   ARCH      ?=arm
   
2.   CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-

复制代码

设置好以后就可以使用如下命令编译Linux了：

make xxx_defconfig             //使用默认配置文件配置Linux

make menuconfig                //启动图形化配置界面

make -j16                            //编译Linux

9、调用scripts/Kbuild.include文件

1. # We need some generic definitions (do not try to remake the file).
   
2.   scripts/Kbuild.include: ;
   
3.   include scripts/Kbuild.include

复制代码

同uboot一样，Linux顶层Makefile也会调用文件scripts/Kbuild.include，顶层Makefile相应代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1. # We need some generic definitions (do not try to remake the file).
   
2. scripts/Kbuild.include: ;
   
3. include scripts/Kbuild.include

复制代码

10、交叉编译工具变量设置

顶层Makefile中其他和交叉编译器有关的变零设置如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   # Make variables (CC, etc...)
   
2.   AS     = $(CROSS_COMPILE)as
   
3.   LD     = $(CROSS_COMPILE)ld
   
4.   CC     = $(CROSS_COMPILE)gcc
   
5.   CPP       = $(CC) -E
   
6.   AR     = $(CROSS_COMPILE)ar
   
7.   NM     = $(CROSS_COMPILE)nm
   
8.   STRIP     = $(CROSS_COMPILE)strip
   
9.   OBJCOPY       = $(CROSS_COMPILE)objcopy

复制代码

LA、LD、CC等这些都是交叉编译器所使用的工具。

11、头文件路径变量

顶层Makefile定义了两个变量保存头文件路径：USERINCLUDE和LINUXINCLUDE，相关代码如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   # UseUSERINCLUDE when you must reference the UAPI directories only.
   
2.   USERINCLUDE   := \
   
3.          -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include/uapi \
   
4.          -I$(objtree)/arch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi\
   
5.          -I$(srctree)/include/uapi \
   
6.          -I$(objtree)/include/generated/uapi \
   
7.                   -include $(srctree)/include/linux/kconfig.h
   
8.   
   
9.   # Use LINUXINCLUDEwhen you must reference the include/ directory.
   
10.   #Needed to be compatible with the O= option
    
11.   LINUXINCLUDE   := \
    
12.          -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include \
    
13.          -I$(objtree)/arch/$(hdr-arch)/include/generated \
    
14.          $(if $(KBUILD_SRC), -I$(srctree)/include) \
    
15.          -I$(objtree)/include \
    
16.          $(USERINCLUDE)

复制代码

第380~386行的USERINCLUDE是UAPI相关的头文件路径，第390~395行的LINUXINCLUDE是Linux内核源码的头文件路径。重点来看下LINUXINCLUDE，其中srctree=.，objtree=.，hdr-arch=arm，KBUILD_SRC为空，因此，将USERINCLUDE和LINUXINCLUDE展开以后为：

1. USERINCLUDE   := \
   
2.               -I./arch/arm/include/uapi\
   
3.               -I./arch/arm/include/generated/uapi\
   
4.               -I./include/uapi\
   
5.               -I./include/generated/uapi\
   
6.        -include ./include/linux/kconfig.h
   
7. LINUXINCLUDE   := \
   
8.               -I./arch/arm/include\
   
9.               -I./arch/arm/include/generated\
   
10.               -I./include\
    
11.               -I./arch/arm/include/uapi\
    
12.               -I./arch/arm/include/generated/uapi\
    
13.               -I./include/uapi\
    
14.               -I./include/generated/uapi\
    
15.        -include ./include/linux/kconfig.h

复制代码

12、导出变量

顶层Makefile会导出很多变量给子Makefile使用，导出的这些变量如下：

示例代码顶层Makefile代码段

1.   exportVERSION PATCHLEVEL SUBLEVEL KERNELRELEASE KERNELVERSION
   
2.   export ARCH SRCARCH CONFIG_SHELL HOSTCCHOSTCFLAGS CROSS_COMPILE AS LD CC
   
3.   export CPP AR NM STRIP OBJCOPY OBJDUMPHOSTLDFLAGS HOST_LOADLIBES
   
4.   export MAKE AWK GENKSYMS INSTALLKERNEL PERLPYTHON UTS_MACHINE
   
5.   export HOSTCXX HOSTCXXFLAGS LDFLAGS_MODULECHECK CHECKFLAGS
   
6.   
   
7.   export KBUILD_CPPFLAGS NOSTDINC_FLAGSLINUXINCLUDE OBJCOPYFLAGS LDFLAGS
   
8.   export KBUILD_CFLAGS CFLAGS_KERNELCFLAGS_MODULE CFLAGS_GCOV CFLAGS_KCOV CFLAGS_KASAN CFLAGS_UBSAN
   
9.   export KBUILD_AFLAGS AFLAGS_KERNELAFLAGS_MODULE
   
10.   export KBUILD_AFLAGS_MODULEKBUILD_CFLAGS_MODULE KBUILD_LDFLAGS_MODULE
    
11.   export KBUILD_AFLAGS_KERNELKBUILD_CFLAGS_KERNEL
    
12.   export KBUILD_ARFLAGS

复制代码

1.5.1  make xxx_defconfig过程

第一次编译Linux之前都要先使用“make xxx_defconfig”配置Linux内核，在顶层Makefile中有“%config”这个目标，如下所示：

示例代码27.5.117.5.1顶层Makefile代码段

1.   config-targets:= 0
   
2.   mixed-targets  := 0
   
3.   dot-config     := 1
   
4.   
   
5.   ifneq ($(filter$(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)
   
6.      ifeq ($(filter-out$(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)
   
7.          dot-config:= 0
   
8.      endif
   
9.   endif
   
10.   
    
11.   ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
    
12.           ifneq ($(filterconfig %config,$(MAKECMDGOALS)),)
    
13.                  config-targets := 1
    
14.                   ifneq ($(words$(MAKECMDGOALS)),1)
    
15.                          mixed-targets := 1
    
16.                  endif
    
17.           endif
    
18.   endif
    
19.   #install and modules_install need also be processed one by one
    
20.   ifneq ($(filterinstall,$(MAKECMDGOALS)),)
    
21.           ifneq ($(filtermodules_install,$(MAKECMDGOALS)),)
    
22.             mixed-targets := 1
    
23.           endif
    
24.   endif
    
25.   
    
26.   ifeq ($(mixed-targets),1)
    
27.   # ===========================================================================
    
28.   # We'recalled with mixed targets (*config and build targets).
    
29.   #Handle them one by one.
    
30.   
    
31.   PHONY +=$(MAKECMDGOALS) __build_one_by_one
    
32.   
    
33.   $(filter-out__build_one_by_one, $(MAKECMDGOALS)):__build_one_by_one
    
34.      @:
    
35.   
    
36.   __build_one_by_one:
    
37.      $(Q)set-e; \
    
38.      for i in $(MAKECMDGOALS);do \
    
39.          $(MAKE)-f $(srctree)/Makefile $i; \
    
40.      done
    
41.   
    
42.   else
    
43.   ifeq ($(config-targets),1)
    
44.   # ===========================================================================
    
45.   #*config targets only - make sure prerequisites are updated, and descend
    
46.   # inscripts/kconfig to make the *config target
    
47.   
    
48.   # Readarch specific Makefile to set KBUILD_DEFCONFIG as needed.
    
49.   #KBUILD_DEFCONFIG may point out an alternative default configuration
    
50.   # usedfor 'make defconfig'
    
51.   include arch/$(SRCARCH)/Makefile
    
52.   exportKBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG
    
53.   
    
54.   config:scripts_basic outputmakefile FORCE
    
55.      $(Q)$(MAKE)$(build)=scripts/kconfig$@
    
56.   
    
57.   %config:scripts_basic outputmakefile FORCE
    
58.      $(Q)$(MAKE)$(build)=scripts/kconfig$@
    
59.   
    
60.   else
    
61. ...
    
62.   endif #KBUILD_EXTMOD

复制代码

第491~514行和uboot一样，都是设置定义变量config-targets、mixed-targets和dot-config的值，最终这三个变量的值为：

config-targets= 1

mixed-targets= 0

dot-config= 1

因为config-targets=1，因此第541行~548行成立。第541行引用arch/arm/Makefile这个文件，这个文件很重要，以为zImage、uImage等这些文件就是由arch/arm/Makefile来生成的。

第542行导出变量KBUILD_DEFCONFIGKBUILD_KCONFIG。

第544行，没有目标与之匹配，因此不执行。

第547行，“make xxx_defconfig”与目标“%config”匹配，因此被执行。“%config”依赖scripts_basic、outputmakefile和FORCE，真正有意义的依赖是scripts_basic。scripts_basic的规则如下：

示例代码27.5.217.5.2 顶层Makefile代码段

1.   scripts_basic:
   
2.      $(Q)$(MAKE)$(build)=scripts/basic
   
3.      $(Q)rm-f .tmp_quiet_recordmcount

复制代码

build定义在文件scripts/Kbuild.include中，值为build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj，因此将上述示例代码展开就是：

scripts_basic:

       @make -f./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic    //也可以没有@，视配置而定

       @rm -f .tmp_quiet_recordmcount                              //也可以没有@

接着回到Makefile的目标“%config”处，内容如下：

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE

       $(Q)$(MAKE)$(build)=scripts/kconfig $@

将命令展开就是：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfigxxx_defconfig

1.5.2 Makefile.build脚本分析

从上一小节可知，“make xxx_defconfig“配置Linux的时候如下两行命令会执行脚本scripts/Makefile.build：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfigxxx_defconfig

我们依次来分析一下：

1、scripts_basic目标对应的命令

scripts_basic目标对应的命令为：@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic。打开文件scripts/Makefile.build，有如下代码：

示例代码27.5.317.5.3  Makefile.build代码段

1. #The filename Kbuild has precedence over Makefile
   
2. kbuild-dir:= $(if$(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))
   
3. kbuild-file:= $(if$(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)
   
4. include $(kbuild-file)

复制代码

将kbuild-dir展开后为：

kbuild-dir=./scripts/basic

将kbuild-file展开后为：

kbuild-file= ./scripts/basic/Makefile

最后将45行展开，即：

include ./scripts/basic/Makefile

继续分析scripts/Makefile.build，如下代码：

示例代码27.5.417.5.4 Makefile.build代码段

1. __build:$(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target)$(lib-target)$(extra-y))\
   
2.      $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m)$(modorder-target))\
   
3.      $(subdir-ym)$(always)
   
4.     @:

复制代码

__build是默认目标，因为命令“@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic”没有指定目标，所以会使用到默认目标__build。在顶层Makefile中，KBUILD_BUILTIN为1，KBUILD_MODULES为空，因此展开后目标__build为：

__build(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y))$(subdir-ym) $(always)

       @:

可以看出目标__build有5个依赖：builtin-target、lib-target、extra-y、subdir-ym和always。这5个依赖的具体内容如下：

1. builtin-target =
   
2. lib-target =
   
3. extra-y =
   
4. subdir-ym =
   
5. always = scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c

复制代码

只有always有效，因此__build最终为：

__build: scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c

       @:

__build依赖于scripts/basic/fixdep和scripts/basic/bin2c，所以要先将scripts/basic/fixdep.c和scripts/basic/bin2c.c这两个文件编译成fixdep和bin2c。

综上所述，scripts_basic目标的作用就是编译scripts/basic/fixdep和scripts/basic/bin2c这两个文件。

2、%config目标对应的命令

%config目标对应的命令为：@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig，此命令会使用到的各个变量值如下：

1. src= scripts/kconfig
   
2. kbuild-dir = ./scripts/kconfig
   
3. kbuild-file = ./scripts/kconfig/Makefile
   
4. include ./scripts/kconfig/Makefile

复制代码

可以看出，Makefilke.build会读取scripts/kconfig/Makefile中的内容，此文件有如下所示内容：

示例代码27.5.517.5.5 scripts/kconfig/Makefile代码段

1. <div style="text-align: left;"> %_defconfig:$(obj)/conf</div><div style="text-align: left;">$(Q)[        DISCUZ_CODE_1305        ]lt;$(silent)--defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@$(Kconfig)</div>

复制代码

目标%_defconfig与 xxx_defconfig匹配，所以会执行这条规则，将其展开就是：

%_defconfig: scripts/kconfig/conf

       @ scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/arm/configs/%_defconfig  Kconfig

%_defconfig依赖scripts/kconfig/conf，所以会编译scripts/kconfig/conf.c生成conf这个软件。此软件就会将%_defconfig中的配置输出到.config文件中，最终生成Linux kernel根目录下的.config文件。

1.5.3 make过程

使用命令“make xxx_defconfig”配置好Linux内核以后就可以使用“make”或者“make all”命令进行编译。顶层Makefile有如下代码：

示例代码27.5.617.5.6顶层Makefile代码段

1.   #That's our default target when none is given on the command line
   
2.   PHONY := _all
   
3.   _all:
   
4. ...
   
5.   # Ifbuilding an external module we do not care about the all: rule
   
6.   # butinstead _all depend on modules
   
7.   PHONY += all
   
8.   ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
   
9.   _all: all
   
10.   else
    
11.   _all: modules
    
12.   endif
    
13. ...
    
14.   all: vmlinux

复制代码

第122行，_all是默认目标，如果使用命令“make”编译Linux的话此目标就会被匹配。

第193行，如果KBUILD_EXTMOD为空的话194行的代码成立。

第194行，默认目标_all依赖all。

第623行，目标all依赖vmlinux，所以接下来的重点就是vmlinux。

顶层Makefile中有如下代码：

示例代码 27.5.717.5.7顶层Makefile代码段

1.   #Externally visible symbols (used by link-vmlinux.sh)
   
2.   export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)
   
3.   export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y2) $(drivers-y) $(net-y) $(virt-y)
   
4.   export KBUILD_VMLINUX_LIBS := $(libs-y1)
   
5.   export KBUILD_LDS          := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds
   
6.   export LDFLAGS_vmlinux
   
7.   # usedby scripts/package/Makefile
   
8.   export KBUILD_ALLDIRS := $(sort $(filter-out arch/%,$(vmlinux-alldirs))arch Documentation include samples scripts tools)
   
9.   
   
10.   vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN) $(KBUILD_VMLINUX_LIBS)
    
11.   
    
12.   #Include targets which we want to execute sequentially if the rest of the
    
13.   #kernel build went well. If CONFIG_TRIM_UNUSED_KSYMS is set, this might be
    
14.   #evaluated more than once.
    
15.   PHONY += vmlinux_prereq
    
16.   vmlinux_prereq: $(vmlinux-deps) FORCE
    
17.   ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK
    
18.      $(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers_check
    
19.   endif
    
20.   ifdef CONFIG_GDB_SCRIPTS
    
21.      $(Q)ln -fsn $(abspath $(srctree)/scripts/gdb/vmlinux-gdb.py)
    
22.   endif
    
23.   ifdef CONFIG_TRIM_UNUSED_KSYMS
    
24.      $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/adjust_autoksyms.sh \
    
25.        "$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile vmlinux"
    
26.   endif
    
27.   
    
28.   #standalone target for easier testing
    
29.   include/generated/autoksyms.h: FORCE
    
30.      $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/adjust_autoksyms.sh true
    
31.   
    
32.   ARCH_POSTLINK := $(wildcard $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile.postlink)
    
33.   
    
34.   # Finallink of vmlinux with optional arch pass after final link
    
35. cmd_link-vmlinux =                                                \
    
36.     $(CONFIG_SHELL) [        DISCUZ_CODE_1307        ]lt; $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) ;    \
    
37.     $(if$(ARCH_POSTLINK), $(MAKE) -f $(ARCH_POSTLINK) $@, true)
    
38. 
    
39. vmlinux:scripts/link-vmlinux.sh vmlinux_prereq $(vmlinux-deps) FORCE
    
40.     +$(callif_changed,link-vmlinux)

复制代码

从第1004行可以看出目标vmlinux依赖scripts/link-vmlinux.sh vmlinux_prereq$(vmlinux-deps) FORCE。第975行定义了vmlinux-deps，值为：

vmlinux-deps=$(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)$(KBUILD_VMLINUX_LIBS)

第967行，KBUILD_VMLINUX_INIT = $(head-y) $(init-y)。

第968行，KBUILD_VMLINUX_MAIN = $(core-y) $(libs-y2) $(drivers-y) $(net-y)$(virt-y)。

第968行，KBUILD_VMLINUX_LIBS = $(libs-y1)。

第970行，KBUILD_LDS = arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds，其中SRCARCH=arm，因此KBUILD_LDS= arch/arm/kernel/vmlinux.lds。

综上所述，vmlinux的依赖为：scripts/link-vmlinux.sh、$(head-y)、$(init-y)、$(core-y)、$(libs-y1)、$(libs-y2)、$(drivers-y)、$(net-y)、$(virt-y)、arch/arm/kernel/vmlinux.lds和FORCE。

第1005行的命令用于链接生成vmlinux。

重点来看下$(head-y)、$(init-y)、$(core-y)、$(libs-y1)、$(libs-y2)、$(drivers-y)和$(net-y)这七个变量的值。

1、head-y

head-y定义在文件arch/arm/Makefile中，内容如下：

示例代码27.5.817.5.8 arch/arm/Makefile代码段

1.   #Objects we will link into vmlinux / subdirs we need to visit
   
2.   init-y     := init/
   
3.   drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
   
4.   net-y      := net/
   
5.   init-y     := $(patsubst%/, %/built-in.o, $(init-y))
   
6.   core-y     := $(patsubst%/, %/built-in.o, $(core-y))
   
7.   drivers-y := $(patsubst%/, %/built-in.o, $(drivers-y))
   
8.   net-y      := $(patsubst%/, %/built-in.o, $(net-y))

复制代码

从上述示例代码可知，init-y、libs-y、drivers-y和net-y最终的值为：

init-y      = init/built-in.o

drivers-y = drivers/built-in.o sound/built-in.o  firmware/built-in.o

net-y      = net/built-in.o

3、libs-y1和libs-y2

libs-y1和libs-y2基本和init-y一样，在顶层Makefile中存在如下代码：

示例代码 27.5.1017.5.10顶层Makefile代码段

1.   libs-y     := lib/
   
2.   libs-y1   := $(patsubst %/, %/lib.a,$(libs-y))
   
3.   libs-y2   := $(filter-out %.a,$(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y)))

复制代码

根据上述示例代码可知，libs-y1应该等于“lib/lib.a”，libs-y2应该等于“lib/built-in.o”。这个只正确了一部分。因为在arch/arm/Makefile中向libs-y追加了一些值，代码如下：

300 libs-y              := arch/arm/lib/ $(libs-y)

因此可知，libs-y1、libs-y2最终应该为：

libs-y1= arch/arm/lib/lib.a lib/lib.a

libs-y2= arch/arm/lib/built-in.o  lib/built-in.o

4、core-y

core-y和init-y也一样，在顶层Makefile中有如下代码：

示例代码27.5.1117.5.11 顶层Makefile代码段

569  core-y     := usr/

949  core-y    += kernel/ certs/ mm/ fs/ipc/ security/ crypto/ block/

但是在arch/arm/Makefile中会对core-y进行追加，代码如下：

示例代码 27.5.1217.5.12 arch/arm/Makefile代码段

1. core-$(CONFIG_FPE_NWFPE)    += arch/arm/nwfpe/
   
2. core-$(CONFIG_FPE_FASTFPE)  += $(FASTFPE_OBJ)
   
3. core-$(CONFIG_VFP)      += arch/arm/vfp/
   
4. core-$(CONFIG_XEN)      += arch/arm/xen/
   
5. core-$(CONFIG_KVM_ARM_HOST)     += arch/arm/kvm/
   
6. core-$(CONFIG_VDSO)     += arch/arm/vdso/
   
7. 
   
8. # If we have a machine-specific directory, theninclude it in the build.
   
9. core-y              += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/arch/arm/common/
   
10. core-y              += arch/arm/probes/
    
11. core-y              += arch/arm/net/
    
12. core-y              += arch/arm/crypto/
    
13. core-y              += arch/arm/firmware/
    
14. core-y              += $(machdirs) $(platdirs)

复制代码

第283~288行根据不同的配置向core-y追加不同的值，比如使能VFP的话就会在.config中有CONFIG_VFP=y这一行，那么core-y就会追加“arch/arm/vfp/”。

第291~296行就是对core-y直接追加的值。

在顶层Makefile中有如下一行：

示例代码 27.5.1317.5.13 顶层Makefile代码段

959  core-y     := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))

经过上述代码的转换，最终core-y的值为：

1. core-y =usr/built-in.o                                arch/arm/vfp/built-in.o \
   
2. certs/built-in.o                arch/arm/kernel/built-in.o \
   
3. arch/arm/mm/built-in.o                arch/arm/common/built-in.o \
   
4. arch/arm/probes/built-in.o            arch/arm/net/built-in.o \
   
5. arch/arm/crypto/built-in.o           arch/arm/firmware/built-in.o \
   
6. arch/arm/mach-zynq/built-in.o      kernel/built-in.o\
   
7. mm/built-in.o                                 fs/built-in.o \
   
8. ipc/built-in.o                              security/built-in.o\
   
9. crypto/built-in.o                         block/built-in.o

复制代码

关于head-y、init-y、core-y、libs-y1、libs-y2、drivers-y和net-y这7个变量就讲解到这里。这些变量都是一些built-in.o或.a等文件，这个和uboot一样，都是将相应目录中的源码文件进行编译，然后在各自目录下生成built-in.o文件，有些生成了.a库文件。最终将这些built-in.o和.a文件进行链接即可形成ELF格式的可执行文件，也就是vmlinux。但是链接是需要连接脚本的，vmlinux依赖的arch/arm/kernel/vmlinux.lds就是整个Linux的链接脚本。

在示例代码 27.5.7的第1005行的命令“+$(call if_changed,link-vmlinux)”表示将$(callif_changed,link-vmlinux)的结果作为最终生成vmlinux的命令，前面的“+”表示该命令结果不可忽略。$(callif_changed,link-vmlinux)调用函数if_changed，link-vmlinux是函数if_changed的参数，函数if_changed定义在文件scripts/Kbuild.include中，如下所示：

示例代码 27.5.1417.5.14 scripts/Kbuild.include代码段

1. if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),           \
   
2.      @set -e;                                                     \
   
3.      $(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                      \
   
4.      printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

复制代码

any-prereq用于检查依赖文件是否有变化，如果依赖文件有变化那么any-prereq就不为空，否则就为空。arg-check用于检查参数是否有变化，如果没有变化那么arg-check就为空。

第265行，“@set -e”告诉bash，如果任何语句的执行结果不为true(也就是执行出错)的话就直接退出。

第266行，$(echo-cmd)用于打印命令执行过程，比如在链接vmlinux的时候就会输出“LINK vmlinux”。$(cmd_$(1))中的$(1)表示参数，也就是link-vmlinux，因此$(cmd_$(1))表示执行cmd_link-vmlinux的内容。cmd_link-vmlinux在顶层Makefile中有如下所示定义：

示例代码 27.5.1517.5.15顶层Makefile代码段

1.   # Finallink of vmlinux with optional arch pass after final link
   
2. cmd_link-vmlinux =                                                \
   
3.     $(CONFIG_SHELL) [        DISCUZ_CODE_1313        ]lt; $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux) ;    \
   
4.     $(if$(ARCH_POSTLINK), $(MAKE) -f $(ARCH_POSTLINK) $@, true)

复制代码

第1001~1002行就是cmd_link-vmlinux的值，其中CONFIG_SHELL=/bin/bash、$<表示目标vmlinux的第一个依赖文件，根据示例代码 27.5.7的第1004行可知，这个文件为scripts/link-vmlinux.sh。

LD=arm-linux-gnueabihf-ld -EL，LDFLAGS为空。LDFLAGS_vmlinux的值由顶层Makefile和arch/arm/Makefile这两个文件共同决定，最终LDFLAGS_vmlinux=-p --no-undefined -X --pic-veneer --build-id。第1002行的语句因为ARCH_POSTLINK为空，所以不起作用。因此cmd_link-vmlinux最终的值为：

cmd_link-vmlinux = /bin/bash scripts/link-vmlinux.sharm-linux-gnueabihf-ld -EL -p --no-undefined -X --pic-veneer --build-id

cmd_link-vmlinux会调用scripts/link-vmlinux.sh脚本来链接出vmlinux文件。在scripts/link-vmlinux.sh中有如下所示代码：

示例代码27.5.1617.5.16 scripts/link-vmlinux.sh代码段

1. # Link of vmlinux
   
2. # ${1} - optional extra .o files
   
3. # ${2} - output file
   
4. vmlinux_link()
   
5. {
   
6.      local lds="${objtree}/${KBUILD_LDS}"
   
7.      local objects
   
8. 
   
9.      if [ "${SRCARCH}" != "um" ]; then
   
10.          if [ -n "${CONFIG_THIN_ARCHIVES}" ]; then
    
11.              objects="--whole-archive            \
    
12.                  built-in.o              \
    
13.                  --no-whole-archive          \
    
14.                  --start-group               \
    
15.                  ${KBUILD_VMLINUX_LIBS}          \
    
16.                  --end-group             \
    
17.                  ${1}"
    
18.          else
    
19.              objects="${KBUILD_VMLINUX_INIT}         \
    
20.                  --start-group               \
    
21.                  ${KBUILD_VMLINUX_MAIN}          \
    
22.                  ${KBUILD_VMLINUX_LIBS}          \
    
23.                  --end-group             \
    
24.                  ${1}"
    
25.          fi
    
26. 
    
27.          ${LD} ${LDFLAGS} ${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2}     \
    
28.              -T ${lds} ${objects}
    
29.      else
    
30. ......
    
31. info LD vmlinux
    
32. vmlinux_link "${kallsymso}" vmlinux

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vmliux_link就是最终链接出vmlinux的函数，第98行判断SRCARCH是否等于“um”，如果不相等的话就执行99~117行的代码。因为SRCARCH=arm，因此条件成立，又因为CONFIG_THIN_ARCHIVES的值为“y”，长度不为0，所以执行第100~106行的代码。第116~117行的代码应该很熟悉了，就是普通的链接操作，连接脚本为lds= ./arch/arm/kernel/vmlinux.lds，需要链接的文件由变量KBUILD_VMLINUX_LIBS来决定，这个变量在本节中已经讲解过了。

第315行调用vmlinux_link函数来链接出vmlinux。

使用命令“make V=1”编译Linux，会有如下图所示的编译信息：

图 27.5.1 link-vmlinux.sh链接vmlinux的过程

至此我们基本理清了make的过程，重点就是将各个子目录下的built-in.o、.a等文件链接在一起，最终生成vmlinux这个ELF格式的可执行文件。链接脚本为arch/arm/kernel/vmlinux.lds，链接过程是由shell脚本scripts/link-vmlinux.s来完成的。接下来的问题就是这些子目录下的built-in.o、.a等文件又是如何编译出来的呢？

1.5.4 built-in.o文件编译生成过程

根据示例代码 27.5.7的第1004行可知，vmliux依赖vmlinux-deps，而vmlinux-deps= $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT)$(KBUILD_VMLINUX_MAIN) $(KBUILD_VMLINUX_LIBS)。KBUILD_LDS是连接脚本，这里不考虑，剩下的KBUILD_VMLINUX_INIT、KBUILD_VMLINUX_MAIN和 KBUILD_VMLINUX_LIBS就是各个子目录下的built-in.o和.a等文件。最终vmlinux-deps的值如下：

1. vmlinux-deps= arch/arm/kernel/vmlinux.lds       arch/arm/kernel/head.o
   
2.                init/built-in.o                    usr/built-in.o
   
3.                arch/arm/vfp/built-in.o            arch/arm/kernel/built-in.o
   
4.                arch/arm/mm/built-in.o             arch/arm/common/built-in.o
   
5.                arch/arm/probes/built-in.o         arch/arm/net/built-in.o
   
6.                arch/arm/crypto/built-in.o         arch/arm/firmware/built-in.o
   
7.                arch/arm/lib/lib.a                 arch/arm/mach-zynq/built-in.o
   
8.                lib/lib.a                          kernel/built-in.o
   
9.                certs/built-in.o                   mm/built-in.o
   
10.                fs/built-in.o                      ipc/built-in.o
    
11.                security/built-in.o                crypto/built-in.o
    
12.                block/built-in.o                   arch/arm/lib/built-in.o
    
13.                lib/built-in.o                     drivers/built-in.o
    
14.                sound/built-in.o                   firmware/built-in.o
    
15.                net/built-in.o                     virt/built-in.o

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除了arch/arm/kernel/vmlinux.lds以外，其他都是要编译链接生成的。在顶层Makefile中有如下代码：

示例代码 27.5.1717.5.17顶层Makefile代码段

1014 $(sort $(vmlinux-deps)): $(vmlinux-dirs) ;

sort是排序函数，用于对vmlinux-deps的字符串列表进行排序，并且去掉重复的单词。可以看出vmlinux-deps依赖vmlinux-dirs，vmlinux-dirs也在顶层Makefile中定义，定义如下：

示例代码 27.5.1817.5.18 顶层Makefile代码段

1. 951  vmlinux-dirs   := $(patsubst %/,%,$(filter%/, $(init-y) $(init-m) \
   
2. 952              $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) \
   
3. 953              $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m) $(virt-y)))
   
4. vmlinux-dirs看名字就知道和目录有关，此变量保存着生成vmlinux所需源码文件的目录，值如下：
   
5. vmlinux-dirs=init                    usr                    arch/arm/vfp
   
6.               arch/arm/kernel         arch/arm/mm           arch/arm/common
   
7.               arch/arm/probes         arch/arm/net           arch/arm/crypto
   
8.               arch/arm/firmware       drivers                arch/arm/mach-zynq
   
9.               arch/arm/lib            kernel                 certs
   
10.               mm                   fs                    ipc
    
11.               security               crypto                 block
    
12.               sound                 firmware               net
    
13.               lib                    virt

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在顶层Makefile中有如下代码：

示例代码27.5.1917.5.19顶层Makefile代码段

1022PHONY += $(vmlinux-dirs)

1023 $(vmlinux-dirs):prepare scripts

1024    $(Q)$(MAKE) $(build)=$@

目标vmlinux-dirs依赖prepare和scripts，这两个依赖就不去浪费时间分析了，重点看一下第1024行的命令。build前面已经说了，值为“-f ./scripts/Makefile.build obj”，因此将1024行的命令展开就是：

@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=$@

$@表示目标文件，也就是vmlinux-dirs的值，将vmlinux-dirs中的这些目录全部带入到命令中，结果如下：

1. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=init
   
2. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=usr
   
3. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/vfp
   
4. @ make -f ./scripts/Makefile.buildobj=arch/arm/kernel
   
5. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/mm
   
6. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/common
   
7. @ make -f ./scripts/Makefile.buildobj=arch/arm/probes
   
8. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/net
   
9. @ make -f ./scripts/Makefile.buildobj=arch/arm/crypto
   
10. @ make -f ./scripts/Makefile.buildobj=arch/arm/firmware
    
11. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/mach-zynq
    
12. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=kernel
    
13. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=certs
    
14. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=mm
    
15. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=fs
    
16. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=ipc
    
17. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=security
    
18. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=crypto
    
19. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=block
    
20. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=drivers
    
21. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=sound
    
22. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=firmware
    
23. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=net
    
24. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/lib
    
25. @ make -f ./scripts/Makefile.build obj=lib

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这些命令运行过程其实都是一样的，我们就以“@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=init”这个命令为例，讲解一下详细的运行过程。这里又要用到Makefile.build这个脚本了，此脚本默认目标为__build，这个在27.5.2小节已经讲过了，我们再来看一下，__build目标对应的规则如下：

示例代码 27.5.2017.5.20 scripts/Makefile.build代码段

1. __build:$(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target)$(lib-target)$(extra-y))\
   
2.      $(if$(KBUILD_MODULES),$(obj-m)$(modorder-target))\
   
3.       $(subdir-ym)$(always)
   
4.      @:

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当只编译Linux内核镜像文件，也就是使用“make zImage”编译的时候，KBUILD_BUILTIN=1，KBUILD_MODULES为空。“make”命令是会编译所有的东西，包括Linux内核镜像文件和一些模块文件。所以如果只编译Linux内核镜像的话，__build目标可简化为：

__build(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) $(subdir-ym) $(always)

  @:

重点来看一下builtin-target这个依赖，builtin-target同样定义在文件scripts/Makefile.build中，定义如下：

示例代码 27.5.2117.5.21 scripts/Makefile.build代码段

1. ifneq ($(strip $(obj-y) $(obj-m) $(obj-) $(subdir-m) $(lib-target)),)
   
2. builtin-target := $(obj)/built-in.o
   
3. endif

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第89行就是builtin-target变量的值，为“$(obj)/built-in.o”，这就是这些built-in.o的来源了。要生成built-in.o，要求obj-y、obj-m、obj-、subdir-m和lib-target这些变量不能全为空。最后一个问题：built-in.o是怎么生成的？在文件scripts/Makefile.build中有如下代码：

示例代码 27.5.2217.5.22 scripts/Makefile.build代码段

1. 446 #
   
2. 447 # Rule to compile a set of .o files into one .o file
   
3. 448 #
   
4. 449 ifdef builtin-target
   
5. 450
   
6. 451 ifdef CONFIG_THIN_ARCHIVES
   
7. 452   cmd_make_builtin = rm -f $@; $(AR) rcSTP$(KBUILD_ARFLAGS)
   
8. 453   cmd_make_empty_builtin = rm -f $@; $(AR) rcSTP$(KBUILD_ARFLAGS)
   
9. 454   quiet_cmd_link_o_target = AR      $@
   
10. 455 else
    
11. 456   cmd_make_builtin = $(LD) $(ld_flags) -r -o
    
12. 457   cmd_make_empty_builtin = rm -f $@; $(AR) rcs$(KBUILD_ARFLAGS)
    
13. 458   quiet_cmd_link_o_target = LD      $@
    
14. 459 endif
    
15. 460
    
16. 461 # If the list of objects to link is empty, just create an empty built-in.o
    
17. 462 cmd_link_o_target = $(if $(strip $(obj-y)),\
    
18. 463               $(cmd_make_builtin) $@ $(filter $(obj-y), $^) \
    
19. 464               $(cmd_secanalysis),\
    
20. 465               $(cmd_make_empty_builtin) $@)
    
21. 466
    
22. 467 $(builtin-target): $(obj-y) FORCE
    
23. 468     $(call if_changed,link_o_target)
    
24. 469
    
25. 470 targets += $(builtin-target)
    
26. 471 endif # builtin-target

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第467行的目标就是builtin-target，依赖为obj-y，命令为“$(call if_changed,link_o_target)”，也就是调用函数if_changed，参数为link_o_target，其返回值就是具体的命令。前面讲过了if_changed，它会调用cmd_$(1)所对应的命令($(1)就是函数的第1个参数)，在这里就是调用cmd_link_o_target所对应的命令，也就是第462~465行的命令。cmd_link_o_target使用LD将某个目录下的所有.o文件链接在一起，最终形成built-in.o。

1.5.5 make zImage过程

1、vmlinux、Image，zImage、uImage的区别

前面几小节重点是讲vmlinux是如何编译出来的，vmlinux是ELF格式的文件，但是在实际中我们不会使用vmlinux，而是使用zImage或uImage这样的Linux内核镜像文件。那么vmlinux、zImage、uImage它们之间有什么区别呢？

vmlinux是编译出来的最原始的内核文件，是未压缩的，比如正点原子提供的Linux源码编译出来的vmlinux差不多有12MB，如下图所示：

图 27.5.2 vmlinux信息

Image是Linux内核镜像文件，但是Image仅包含可执行的二进制数据。Image就是使用objcopy去掉vmlinux中的一些信息，比如符号表什么的。但是Image是没有压缩过的，Image保存在arch/arm/boot目录下，其大小大概在11MB左右，如下图所示：

图 27.5.3 Image镜像信息

可见相比vmlinux的12MB，Image缩小了1MB，然而在嵌入式中，Image可能还是比较大，所以需要压缩。

zImage是经过gzip压缩后的Image，经过压缩以后其大小为3.9MB，如下图所示：

图 27.5.4 zImage镜像信息

uImage是老版本uboot专用的镜像文件，uImag是在zImage前面加了一个长度为64字节的“头”，这个头信息描述了该镜像文件的类型、加载位置、生成时间、大小等信息。但是新的uboot已经支持了zImage启动，所以已经很少用到uImage了。

使用“make”、“make all”、“make zImage”这些命令就可以编译出zImage镜像，在arch/arm/Makefile中有如下代码：

示例代码 27.5.2317.5.23 arch/arm/Makefile代码段

1. BOOT_TARGETS    = zImage Image xipImage bootpImage uImage
   
2. $(BOOT_TARGETS): vmlinux
   
3.    $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@
   
4.    @$(kecho) '  Kernel: $(boot)/$@ is ready'

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第327行，变量BOOT_TARGETS包含zImage，Image，xipImage等镜像文件。

第335行，BOOT_TARGETS依赖vmlinux，因此如果使用“make zImage”编译Linux内核的话，首先肯定要先编译出vmlinux。

第336行，具体的命令，比如要编译zImage，那么命令展开以后如下所示：

@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/bootMACHINE=arch/arm/boot/zImage

看来又是使用scripts/Makefile.build文件来完成vmliux到zImage的转换。

关于Linux顶层Makefile就讲解到这里，基本和uboot的顶层Makefile一样，重点在于vmlinux的生成。最后将vmlinux压缩成我们最常用的zImage或uImage等文件。