Linux編譯系統(tǒng)

1.概述

從Linux內(nèi)核2.6開始，Linux內(nèi)核的編譯采用Kbuild系統(tǒng)，這同過去的編譯系統(tǒng)有很大的不同,尤其對于Linux內(nèi)核模塊的編譯。在新的系統(tǒng)下，Linux編譯系統(tǒng)會兩次掃描Linux的Makefile：首先編譯系統(tǒng)會讀取Linux內(nèi)核頂層的 Makefile，然后根據(jù)讀到的內(nèi)容第二次讀取Kbuild的Makefile來編譯Linux內(nèi)核。

Makefile由五個部分組成:

• Makefile：根目錄Makefile，它讀取.config文件，并負責創(chuàng)建vmlinux（內(nèi)核鏡像）和modules（模塊文件）.這編譯內(nèi)核或模塊是，這個文件會被首先 讀取，并根據(jù)讀到的內(nèi)容配置編譯環(huán)境變量。對于內(nèi)核或驅(qū)動開發(fā)人員來說，這個文件幾乎不用任何修改。
• .config：內(nèi)核配置文件（一般由make menuconfig生成）
• arch/$(ARCH)/Makefile：目標處理器的Makefile是系統(tǒng)對應平臺的Makefile。Kernel Top Makefile會包含這個文件來指定平臺相關(guān)信息。只有平臺開發(fā)人員會關(guān)心這個文件。
• scripts/Makefile.*：所有kbuild Makefile的規(guī)則，它們包含了定義/規(guī)則等。
• kbuild Makefiles：每個子目錄都有kbuild Makefile，它們負責生成built-in或模塊化目標。（注意：kbuild Makefile是指使用kbuild結(jié)構(gòu)的Makefile，內(nèi)核中的大多數(shù)Makefile都是kbuild Makefile。）Kernel Makefile被解析完成后，Kbuild會讀取相關(guān)的Kbuild Makefile進行內(nèi)核或模塊的編譯。Kbuild Makefile有特定的語法指定哪些編譯進內(nèi)核中、哪些編譯為模塊、及對應的源文件是什么等。內(nèi)核及驅(qū)動開發(fā)人員需要編寫這個Kbuild Makefile文件。

2.kbuild文件

Kbuild Makefile的文件名不一定是Makefile，盡管推薦使用Makefile這個名字。 大多的Kbuild文件的名字都是Makefile。為了與其他Makefile文件相區(qū)別，你也可以指定Kbuild Makefile的名字為Kbuild。

注意：而且如果“Makefile”和“Kbuild”文件同時存在，則Kbuild系統(tǒng)會使用“Kbuild”文件。

2.1 obj-y 和 obj-m

最簡單的kbuild Makefile可以僅包含：

obj-$(CONFIG_FOO) += foo.o

其中$(CONFIG_FOO)可以等于y或m，它的值由.config文件給出。如果$(CONFIG_FOO)既不是y也不是m，那么該文件不會被編譯和鏈接。

• 當$(CONFIG_FOO)等于y時，上面語句等價于obj-y += foo.o，它告訴kbuild在當前目錄下，有一個叫做foo.o的目標文件，它將從foo.c或則foo.S編譯得到。
• 當$(CONFIG_FOO)等于m時，表示foo.o需要被編譯成模塊。

2.1.1 obj-y生成built-in.o

Kbuild編譯所有的$(obj-y)文件，并調(diào)用$(LD) -r把所有這些文件合并到built-in.o文件。這個built-in.o會被上一級目錄的Makefile使用，最終鏈接到vmlinux中。

2.1.2 目標由多個源文件編譯得到

如果某個目標由多個源文件編譯得到，那么可以通過$(<module_name>-objs)或$(<module_name>-y)把這些源文件告訴kbuild。Kbuild能夠識別后綴-objs和-y，例如：

#drivers/isdn/i4l/Makefile
obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o

Kbuild會編譯所有$(isdn-objs)中的對象，并調(diào)用"$(LD) -r"把它們鏈接成isdn.o文件。

下面是一個使用后綴-y的例子。后綴-y的好處是，可以使用CONFIG_XXX符號來決定是否加入某些源文件（.o從對應的.c或.S編譯得到)：

#fs/ext2/Makefile
obj-$(CONFIG_EXT2_FS)        += ext2.o
ext2-y                       := balloc.o bitmap.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o

2.1.3 調(diào)用子目錄Makefile

Makefile只負責編譯當前目錄中的對象。子目錄中的對象，由子目錄中的Makefile負責。如何讓make調(diào)用子目錄中的Makefile？答案是把子目錄包含到obj-y或obj-m中。例如：

#fs/Makefile
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

2.2 lib-y和lib-m

在一個目錄下，obj-y所列出的文件，將被編譯成built-in.o文件，而lib-y或lib-m所列出的文件，將在當前目錄下生成lib.a文件。

注意：一般lib-y或lib-m只用在lib/和arch/*/lib這兩個目錄中。

2.3 編譯選項變量

• ccflags-y、asflags-y、ldflags-y這三個變量只在當前Makefile中有效。
  補充：$(KBUILD_CFLAGS)是定義在根目錄Makefile中的變量，它適用于整個內(nèi)核數(shù)。
• subdir-ccflags-y、subdir-asflags-y這兩個變量作用于當前Makefile及其所有子目錄。

CFLAGS_$@、AFLAGS_$@這兩個變量只在當前Makefile中有效.$@可以用來指定文件名，讓不同文件可以使用不同的編譯選項。例如：

# drivers/scsi/Makefile
CFLAGS_aha152x.o =   -DAHA152X_STAT -DAUTOCONF
CFLAGS_gdth.o    = # -DDEBUG_GDTH=2 -D__SERIAL__ -D__COM2__ /
	DGDTH_STATISTICS
CFLAGS_seagate.o =   -DARBITRATE -DPARITY -DSEAGATE_USE_ASM

2.4 $(src)、$(obj)、$(kecho)

• $(src)指向當前Makefile所在目錄的相對路徑。
• $(obj)指向用來保存目標文件的相對目錄。示例如下：

#drivers/scsi/Makefile
$(obj)/53c8xx_d.h: $(src)/53c7,8xx.scr $(src)/script_asm.pl
$(CPP) -DCHIP=810 - < $< | ... $(src)/script_asm.pl

這里，$(src)等于drivers/scsi/，$(obj)同樣也等于drivers/scsi/。

使用“make -s”命令時，只會輸出警告和錯誤信息。$(kecho)能夠?qū)⑵浜蟮膬?nèi)容輸出到標準輸出流（一般就是顯示器），前提是沒有使用“make -s”。示例如下：

#arch/blackfin/boot/Makefile
$(obj)/vmImage: $(obj)/vmlinux.gz
$(call if_changed,uimage)
@$(kecho) 'Kernel: $@ is ready'

2.5 $(CC)相關(guān)功能

2.5.1 as-option、ld-option、cc-option

當編譯、鏈接文件時，xx-opiton可以用來檢查當前使用的$(CC)是否支持給出的編譯選項。如前者不支持，可使用后者。例如：

#arch/sh/Makefile
cflags-y += $(call as-option,-Wa$(comma)-isa=$(isa-y),)

如果當前的$(CC)不支持-Wa$(comma)-isa=$(isa-y)，那么可以使用第二個編譯選項（這里為空）。

2.5.2 cc-option-yn

cc-option-yn用來檢查$(CC)是否支持給出的編譯選項。如支持，返回y，否則返回n。例如：

#arch/ppc/Makefile
biarch := $(call cc-option-yn, -m32)
aflags-$(biarch) += -a32
cflags-$(biarch) += -m32

2.5.3 cc-option-align

gcc在3.0之后改變了指定函數(shù)、循環(huán)等對齊選項的類型。

• gcc < 3.00時，cc-option-align = -malign；
• gcc >= 3.00時，cc-option-align = -falign。使用$(cc-option-align)來選擇正確的前綴。例如：

KBUILD_CFLAGS += $(cc-option-align)-functions=4

2.5.4 cc-version、cc-ifversion 、cc-fullversion

cc-version返回$(CC)版本。如$(CC)為gcc 3.41，那么cc-version返回0341。例如：

#arch/i386/Makefile
cflags-y += $(shell /
	if [ $(call cc-version) -ge 0300 ] ; then /
	echo "-mregparm=3"; fi ;)

cc-ifversion在版本符合條件的前提下返回最后一個參數(shù)。示例如下：

#fs/reiserfs/Makefile
ccflags-y := $(call cc-ifversion, -lt, 0402, -O1)

如果$(CC)版本低于4.2，那么ccflags-y將等于-O1。

cc-fullversion給出更詳細的版本信息，例如：

#arch/powerpc/Makefile
$(Q)if test "$(call cc-fullversion)" = 	"040200" ; then /
	echo -n '*** GCC-4.2.0 cannot compile the 64-	bit powerpc ' ; /
	false ; /
	fi

2.5.5 cc-cross-prefix

cc-cross-prefix用于檢查是否存在給定前綴的$(CC)，如存在，返回第一個匹配的前綴，否則返回空。如有多個前綴需要匹配，各前綴之間使用單個空格隔開。例如：

#arch/m68k/Makefile
ifneq ($(SUBARCH),$(ARCH))
	ifeq ($(CROSS_COMPILE),)
		CROSS_COMPILE := $(call cc-cross-prefix, m68k-linux-gnu-)
	endif
endif

3.編譯外部模塊

有時候我們需要在內(nèi)核源代碼數(shù)的外面編譯內(nèi)核模塊，編譯的基本命令是：

make -C $(KERNEL_DIR) M=`pwd` modules

我們可以把這個命令集成到Makefile里，這樣我們就可以只輸入“make”命令就可以了。

Makefile，它把Normal Makefile 和Kbuild Makefile集成到一個文件中了。為了區(qū)別Kbuild Makefile 和Normal Makefile，這樣我們改寫Makefile為如下形式，并且添加Kbuild Makefile - “Kbuild”。

#Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
include "Kbuild"
else
KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
MODULEDIR := $(shell pwd)

.PHONY: modules
default: modules
modules:
        make -C $(KERNEL_DIR)  M=$(MODULEDIR) modules
clean distclean:
        rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko
        rm -rf .tmp_versions
endif

Kbuild Makefile

#Kbuild Makefile
MODULE_NAME = helloworld
$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
obj-m   := $(MODULE_NAME).o
# 一般不需要在Makefile里包含如下代碼,這樣寫完全是為了兼容老版本的Kbuild系統(tǒng)。KERNELRELEASE變量在Kernel Makefile里定義的，因此只有在第二次由Kbuild讀取這個Makefile文件時才會解析到Kbuild的內(nèi)容。 
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
include "Kbuild"
else
...
endif

3.3 外部頭文件

有時需要連接內(nèi)核源代碼外部的系統(tǒng)頭文件，但Kbuild系統(tǒng)默認的系統(tǒng)頭文件都在內(nèi)核源代碼內(nèi)部，如何使用外部的頭文件呢？這個可以借助于Kbuild 系統(tǒng)的特殊規(guī)則:

• EXTRA_CFLAGS :EXTRA_CFLAGS可以給Kbuild系統(tǒng)添加外部系統(tǒng)頭文件，EXTRA_CFLAGS += $(ext_include_path)

一般外部頭文件可能位于外部模塊源文件的目錄內(nèi)，如何指定呢？這可以借助$(src)或$(obj)

• $(src)/$(obj)
  • $(src)是一個相對路徑，它就是Makefile/Kbuild文件所在的路徑。
  • 同樣$(obj)就是編譯目標保存的路徑，默認就是源代碼所在路徑。