概要：本文內容包含Linux源碼樹結構分析、Linux Makefile分析、Kconfig文件分析、Linux內核配置選項分析。這些知識是為了理解內核文件的組織形式，為具體移植內核做知識準備。

一， Linux源碼樹結構分析

對Linux源碼樹下個子目錄內包含的內容進行列表羅列：

1. arch：體系結構相關的代碼，每一個子目錄代表一種架構
2. block：塊設備的通用函數
3. crypot：常用加密和散列算法、壓縮和CRC校核算法
4. fs：Linux支持的文件系統，每一個子目錄代表一種文件系統
5. include：內核頭文件：基本頭文件（include/linux ）、驅動或功能部件頭文件（例：include/mtd )、體系相關頭文件（linux/asm-arm )
6. driver：所有的驅動程序，每一個子目錄代表一類驅動程序
7. init：內核的初始化程序，其中main.c中的start_kernel函數是內核引導后執行的第一個函數
8. ipc：進程間通信代碼
9. kernel：內核管理的核心代碼，與體系相關的代碼在/arch/$(ARCH)/kernel
10. lib：內核用到的庫函數，與處理器相關的庫函數位于/arch/$(ARCH)/lib
11. mm：內存管理代碼，與處理器體系相關的位于/arch/$(ARCH)/mm
12. net：與網絡相關的代碼，每一個子目錄對應于網絡的一個方面
13. security：安全、密鑰相關的代碼
14. sound：音頻相關的驅動程序
15. usr:用來制作一個壓縮的cpio歸檔文件：initrd的鏡像，它可以作為內核啟動后掛載的第一個文件系統
16. script:用于配置、編譯內核的腳本文件
17. Documet:內核文檔

二，Linux Makefile分析

主要從三個方面講解：編譯哪些文件、如何編譯文件、如何連接文件

(1)Linux Makefile的分類

1. 頂層Makefile：總體上控制著內核的編譯
2. arch/$(ARCH)/Makefile：決定哪些和體系相關的代碼參加編譯
3. .config：配置文件，內核配置時產生，所有的Makefile都根據這個文件編譯內核（包括頂層的和各分成的Makefile）
4. scripts/Makefile.*：Makefile公用的通用規則、腳本等
5. */Makefile：負責該目錄下文件的編譯

(2)編譯哪些文件

頂層Makefile決定哪些目錄中的文件將編譯進內核

 init-y      := init/
    drivers-y   := drivers/ sound/ firmware/
    net-y       := net/
    libs-y      := lib/
    core-y      := usr/
    ...
    core-y      += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/

頂層Makefile將13個子目錄分成5個部分：init-y、drivers-y、net-y、libs-y、core-y

頂層通過下列語句包含和體系架構有關的Makefile。仔細觀察可以看到/arch子目錄的根目錄下是沒有Makefile文件的，而其它各子目錄都是有Makefile。

    include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile
    ...
    SRCARCH     := $(ARCH)

所以在編譯內核之前先要確定ARCH

    ARCH        ?= $(SUBARCH)
    CROSS_COMPILE   ?=
    ...
    SUBARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ \
                  -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/ \
                  -e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ \
                  -e s/ppc.*/powerpc/ -e s/mips.*/mips/ \
                  -e s/sh[234].*/sh/ )

默認的ARCH不是我們需要的，所以要進行修改

    ARCH        ?= arm
    CROSS_COMPILE   ?=arm-linux-

$$(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile對內核的內容進行了擴充

core-y              += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/
core-y              += $(machdirs) $(platdirs)
core-$(CONFIG_FPE_NWFPE)   += arch/arm/nwfpe/
core-$(CONFIG_FPE_FASTFPE)	+= $(FASTFPE_OBJ)
core-$(CONFIG_VFP)     += arch/arm/vfp/
drivers-$(CONFIG_OPROFILE)      += arch/arm/oprofile/
libs-y              := arch/arm/lib/ $(libs-y)
...
head-y      := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o

可以看到一個新元素head-y,它還有一個特殊的地方，它是直接對應著兩個文件，而不是目錄。之所以分成兩個是為了同時支持有無MMU的CPU，它們對應著兩個不同的head$(MMUEXT).o 文件，由變量MMUEXT控制，可以在配置時設定。

至此我們知道了編譯時將進入哪些文件進行編譯。編譯時依次進入init-y、core-y、libs-y、drivers-y、net-y中列的目錄調用其中的Makefile進行編譯，每一個子目錄都會生成build-in.o(libs-y所列的目錄下有可能生成lib.a)。最后head-y列出的文件和build-in.o、lib.a一起連接成vmlinux。

在配置內核時，將會產生.config文件，Makefile將會在.config文件中添加下面兩行。

CONFIG_KERNELVERSION = "2.6.32.2"
CONFIG_ARCH = "arm"

有可能是版本原因，在2.6.32.2版本中并沒有上面兩個語句,有下面兩句。

#Linux kernel version = 2.6.32.2
CONFIG_ARM = y

觀察.config文件會發現變量的值主要有兩種y、m，各級的Makefile將會根據這些變量的值來決定編譯哪些文件，同時是編譯進內核，還是作為內核模塊存在。

obj-y中定義的.o文件將由當前目錄下的.c、.S文件及子目錄下的build-in.o文件編譯連接得到的。

注意：obj-y中定義的.o文件的順序是由意義的。

下面是一段取自子目錄中的Makefile文件內容，在該目錄下有ioat和ipu子目錄

    obj-$(CONFIG_DMA_ENGINE) += dmaengine.o
    obj-$(CONFIG_NET_DMA) += iovlock.o
    obj-$(CONFIG_DMATEST) += dmatest.o
    obj-$(CONFIG_INTEL_IOATDMA) += ioat/
    obj-$(CONFIG_INTEL_IOP_ADMA) += iop-adma.o
    obj-$(CONFIG_FSL_DMA) += fsldma.o
    obj-$(CONFIG_MV_XOR) += mv_xor.o
    obj-$(CONFIG_DW_DMAC) += dw_dmac.o
    obj-$(CONFIG_AT_HDMAC) += at_hdmac.o
    obj-$(CONFIG_MX3_IPU) += ipu/
    obj-$(CONFIG_TXX9_DMAC) += txx9dmac.o
    obj-$(CONFIG_SH_DMAE) += shdma.o

obj-m中定義的.o文件是由的當前目錄下的.c、.S文件編譯生成，它們不會與build-in.o一起編譯進入內核。而是被編譯成.ko文件，作為模塊存在。

當.o文件由單文件編譯而成時，用下面的語句：

obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o

當.o文件由多文件編譯而成時，用下面的語句：

obj-$(CONFIG_ISDN) +=isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_commen.o

編寫驅動程序時，也是以這種方式編寫Makefile。

lib-y中定義的.o文件是由的當前目錄下的.c、.S文件編譯生成,他們被打包成當前目錄下的lib.a文件。同時出現在lib-y和obj-y中的文件，不會被包含進lib.a文件。

obj-y和obj-m可以用來指定進入下一級目錄。

(3)怎么編譯這些文件

怎么編譯文件就是意味著編譯選項和連接選項是什么。

這些選項分成3類：全局的（適用整個代碼樹）、局部的（適用單個Makefile）、個體的（適用單個文件）。

全局選項是在頂層Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile中定義的，這些選項是CFLAGS、AFLAGS、LDFLAGS、ARFLAGS，它們分別是編譯C文件的選項，編譯匯編文件的選項，連接文件的選項，制作庫文件的選項。

局部選項在各自子目錄中定義，名稱為：EXTRA_CFLAGS、EXTRA_AFALGS、EXTRA_LDFALGS、EXTRA_ARFLAGS.

對單文件設定編譯選項，可以用CLFAGS_$@、AFLAGS_$@，前者對C文件，后者對匯編文件。

注意：3類選項是一起使用的，在scripts/Makefile.lib中可以看到：

_c_flags = $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLGAS) $(CFALGS_$(baseterget.o))

如何連接文件

在頂層Makefile文件中有如下語句：

init-y      := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))
core-y      := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))
drivers-y   := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))
net-y       := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y))
libs-y1     := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y))
libs-y2     := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))
libs-y      := $(libs-y1) $(libs-y2)

可以看出以后的連接是相當于著五種built-in.o文件和head-o文件的連接。

之后對這些文件再次進行合并

vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)
vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)
vmlinux-all  := $(vmlinux-init) $(vmlinux-main)
vmlinux-lds  := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

可以看出初始化代碼由兩部分組成head-y和init-y兩部分組成，而且head-y是在init-y的前面。所以總的代碼順序是arch/arm/kernel/head.o(假設有MMU，沒有的話是head_nommu.o)、arch/arm/kernel/init_task.o、init/build-in.o。

連接腳本是arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds，它由arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds.S生成。

具體連接細節可以查看上面的文件內容。

三，內核的Kconfig分析

內核配置工具讀取各個Kconfig文件，生成配置界面共開放人員配置內核，最后生成配置文件.config。

關于Kconfig的最權威資料在/Documentations/Kbuild/kconfig-language.txt

Kconfig語法分析：

• Kconfig的基本要素：config ；config經常被其它條目包含，用來生成菜單和多項選擇。

config JFFS2_FS_WBUF_VERIFY
    bool "Verify JFFS2 write-buffer reads"
    depends on JFFS2_FS_WRITEBUFFER
    default n
    help
      This causes JFFS2 to read back every page written through the
      write-buffer, and check for errors.

上述代碼是config的常用方式：

config JFFS2_FS_WBUF_VERIFY

在配置界面中配置了該選項后，會在.config中出現 CONFIG_JFFS2_FS_WBUF_VERIFY = y或者m.

bool "Verify JFFS2 write-buffer reads"

在配置界面中將會顯示Verify JFFS2 write-buffer reads選項，bool是變量的類型，一共有5種變量類型：bool、tristate、 string 、hex 、int，bool變量有兩種取值y,m；tristate變量有三種取值y,m,n；string可以取字符串；hex取十六進制數；int取十進制數。

depends on JFFS2_FS_WRITEBUFFER

代表只有在JFFS2_FS_WRITEBUFFER被配置時，才會進行該選項的配置。

default n

代表默認的情況下是選擇n

select FS_POSIX_ACL

代表在該選項被選種時，會將FS_POSIX_ACL也選種。

    help
      This causes JFFS2 to read back every page written through the
      write-buffer, and check for errors.

當在配置時按H時會顯示該信息。

menu條目

配置界面的主界面是由根目錄下Makefile中ARCH配置決定的，當選擇arm時，/arch/arm中的Kconfig文件將會用來生成主目錄。

下面的內容摘自/arch/arm/Kconfig

mainmenu "Linux Kernel Configuration"

設定主目錄的名稱

menu "System Type"

將會創建System Type子目錄

choice條目

choice將多個類似的配置選項組合在一起，供用戶多選和單選

choice
    prompt "Memory split"
    default VMSPLIT_3G
    help
      Select the desired split between kernel and user memory.
      If you are not absolutely sure what you are doing, leave this
      option alone!
    config VMSPLIT_3G
        bool "3G/1G user/kernel split"
    config VMSPLIT_2G
        bool "2G/2G user/kernel split"
    config VMSPLIT_1G
        bool "1G/3G user/kernel split"
endchoice
    prompt "Memory split"

上述代碼給出提示信息，選中之后就可以進行選擇配置

choice條目中定義的變量類型只能是bool和tristate，當配置的代碼編譯入內核時為bool，只能有一個條目選擇為y；當編譯成模塊時為tristate或bool，為bool時，也只能是一個為y，當為tristate時，可以有多個m。

comment條目

comment條目用于提供幫助信息，出現在配置界面的第一行。

comment "At least one emulation must be selected"

source條目

用于包含其他Kconfig文件

source "drivers/cpuidle/Kconfig"

菜單形式的配置界面的操作方法

配置界面中[*]、< M >、[ ]分別表示相應的文件被編譯進內核、編譯成模塊、沒有被編譯。

Load an Alertnate Configuration File 
Save an Alertnate Configuration File

當執行第一條語句時，將.config外的config文件加載，當執行第二條時，表示存儲成處.config 外的config文件。

四，Linux內核配置選項

與移植密切相關的內容是System Type、Device Driver。

內核配置主界面內容

1. code maturity level options：代碼成熟度選項，包含一些正在開發的或者不成熟的代碼和驅動程序，一般不用設置
2. General setup：常規設置，比如增加附加的內核版本號、支持內存頁交換功能、System V進程間通信等。除非很熟悉其中的內容，否則一般使用默認配置
3. Loadable module support：可加載模塊支持：一般都會打開可加載模塊支持（Enable loadable module support )、允許卸載已經加載的模塊（Module unloading）、讓內核通過運行modprobe來自動加載模塊（Automatic kernel module loading)
4. block layer：塊設備層：用于設置塊設備的一些總體參數，比如是否支持大于2TB的塊設備、是否支持大于2TB的文件、設置IO調度器，使用默認值即可
5. System Type：系統類型:選擇CPU的架構、開發板類型等于開發板相關的配置選項
6. Bus support：PCMCIA 、CardBus總線的支持，對于ARM開發板不需要設置
7. Kernel Feature ：用于設置內核的一些參數，比如是否支持內核搶占，是否支持動態修改系統時鐘
8. Boot option：啟動參數：比如設置默認的命令行參數等，一般不用理會
9. Floating point emulation：浮點運算仿真功能：因為Linux內核不支持硬件浮點運算，所以要選擇一個浮點仿真器，一般選擇”NWFPE math emulaiton”
10. Userspace binary formats：可執行文件格式：一般都選擇ELF、a.out格式
11. Power management options：電源管理選項
12. Networking：網絡協議選項:一般都選擇”Networking support“以支持網絡功能。通?？梢栽谶x擇”Networking support“后，使用默認配置
13. Device Driver：設備驅動程序：幾乎包含了Linux的所有的驅動程序
14. File systems：文件系統:選擇支持的文件系統
15. Profiling support：對系統的或頂進行分析，僅供內核開發者使用
16. Kernel hacking：調試內核時的各種選項：Linux設備驅動程序中有詳細描述
17. security options：安全選項：一般使用默認選項
18. Cryptographic options：加密選項
19. Library routines：庫子程序：比如CRC32檢驗函數、zlib壓縮函數等。不包含在內核源碼中的第三方內核模塊可能需要這些庫，可以全不全，內核中若有其他部分依賴它，會自動選項

在配置內核的時候按照順序進行，因為前面的配置會影響后面的。

審核編輯：湯梓紅