uboot和系统移植----------13、内核的配置和编译原理
作者：互联网
内核的配置和编译原理
一、linux内核源码目录结构
1、源码从哪里来
(1)之前讲过，我们使用2.6.35.7版本的内核。这个版本的内核有三种：
第一种：是kernel.org上的官方版本，
第二种：是三星移植过的，（三星的开发板光盘当中有）
第三种：是九鼎X210的移植版本。（在九鼎的光盘当中有）
我们使用第三种内核分析，后面的移植实验使用第二种内核来移植。
我直接在朱老师课件里面拷贝。
简单讲一下linux内核的配置体系。
（1）linux内核很庞大，里面模块很多，而且可配置性非常高。所以linux源代码的配置是一个很复杂的事情，必须要有一套很复杂的机制来保证linux内核可以被正确的配置。
（对比一下uboot，uboot的配置项都是在xxx.h中，用宏定义来表示的。uboot的这种方式很依赖于程序员的水平，因为uboot的配置体系很简单。）
（2）linux内核本身配置项有上千个，光靠人眼睛去看脑袋去记根本不可能，所以内核发明了一种体系用来帮助人进行简单化的配置。这种体系就是我们本课程中重点要研究的东西。
（3）Kbuild、Kconfig等文件，都是和内核的配置体系有关的。
2、总体的分析
1、分析源码目录下的单个文件
（1）Kbuild，Kbuild是kernel build的意思，就是内核编译的意思。这个文件就是linux内核特有的内核编译体系需要用到的文件。
（2）Makefile，这个是linux内核的总makefile，整个内核工程用这个Makefile来管理的。
（3）mk，是九鼎在移植时自己添加的，不是linux内核本身的东西。九鼎添加这个文件的作用是用这个文件来整体管理kernel目录的配置和编译，也就是说这个文件有点类似于我们之前移植uboot时自己创建的那个cp.sh。
2、linux内核源码文件夹目录结构
（1）arch。arch是architecture的缩写，意思是架构。arch目录下是好多个不同架构的CPU的子目录。
架构：就是指 cpu 的架构
譬如arm这种cpu的所有文件都在
arch/arm目录下，
X86的CPU的所有文件都在arch/x86目录下。
（2）block。英文是块的意思，在linux中block表示块设备（以块为单位来整体访问（多个字节组成的整体，类似于扇区）），譬如说SD卡、iNand、Nand、硬盘等都是块设备。你几乎可以认为块设备就是存储设备。block目录下放的是一些linux存储体系中关于块设备管理的代码。
（3）crypto。英文意思是加密。这个目录下放了一些各种常见的加密算法的C语言代码实现。譬如crc32、md5、sha1等。
（4）Documentation。里面放了一些文档。
（5）drivers。驱动目录，里面分门别类的列出了linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
（6）firmware。固件。什么是固件？固件其实是软件，不过这个软件是固化到IC里面运行的代码叫固件。就像S5PV210里的iROM代码。
（7）fs。fs就是file system，文件系统，里面列出了 linux 支持的各种文件系统的实现。（基本主流的文件系统都支持）
（8）include。头文件目录，公共的（各种CPU架构共用的）头文件都在这里。每种CPU架构特有的一些头文件在 arch/arm/include 目录及其子目录下。
（9）init。init是初始化的意思，这个目录下的代码就是linux内核启动时初始化内核的代码。
（10）ipc。ipc就是inter process commuication，进程间通信，里面都是linux支持的IPC的代码实现。
（11）kernel。kernel就是内核，就是linux内核，所以这个文件夹下放的就是内核本身需要的一些代码文件。
（12）lib。lib是库的意思，这里面都是一些公用的有用的库函数，注意这里的库函数和C语言的库函数不一样的。
在内核编程中是不能用C语言标准库函数，这里的lib目录下的库函数就是用来替代那些标准库函数的。
譬如在内核中要把字符串转成数字用
atoi，但是内核编程中只能用lib目录下的atoi函数，不能用标准C语言库中的atoi。
譬如在内核中要打印信息时不能用printf，而要用printk，这个printk就是我们这个lib目录下的。
（13）mm。mm是memory management，内存管理，linux的内存管理代码都在这里。
（14）net。该目录下是网络相关的代码，譬如TCP/IP协议栈等都在这里。
（15）scripts。脚本，这个目录下全部是脚本文件，这些脚本文件不是linux内核工作时使用的，而是用来辅助对linux内核进行配置编译生产的。我们并不会详细进入分析这个目录下的脚本，而是通过外围来重点学会配置和编译linux内核即可。
（16）security。安全相关的代码。不用去管。
（17）sound。音频处理相关的。
（18）tools。linux中用到的一些有用工具。
（19）usr。目录下是 initramfs 相关的，和linux内核的启动有关，暂时不用去管。
（20）virt。内核虚拟机相关的，暂时不用管。
总结：这么多目录跟我们关系很紧密的就是 arch 和 drivers 目录，然后其他有点相关的还有include、block、mm、net、lib 等目录。
二、内核配置和编译实验
这个内核是厂商移植过的，（直接拿过来是可以配置编译的），编译之后可以生成 zimage，并且也提前配置好了。
1、先确认 Makefile
（1）主要是检查交叉编译工具链，有没有设置好。
（直接去Makefile 当中搜索：CROSS_COMPILE）
（2）确认 arch，主要目的是为了编译时能找到 arch/arm目录。
2、make x210ii_qt_defconfig
执行命令：make x210ii_qt_defconfig
（1）最后只要出现：configuration written to .config 这句话，就证明我们的操作是正确的。如果没有出现这句话，就有错误。
（2）注意：如果这一步配置没有得到.config 文件，是不能进行到下一步的。
实际测试时没有.config也可以make menuconfig，但是这样做出来的内核编译和烧写运行应该是有问题的。
3、make menuconfig
执行命令 make menuconfig ，来进行配置。
（1）可能出现的错误1：ncurses库没装
解决方案： apt-get install libncurses5-dev
（2）可能出现的错误2：屏幕太小
错误信息：
Your display is too small to run Menuconfig!
It must be at least 19 lines by 80 columns.
解决方案：全屏，或者是把字体调小。
（3）在错误解决之后，我们正确执行完 make menuconfig 命令之后，会出现下面的图形。
用键盘的向右方向键移动到EXIT，按回车退出。
总结：make menuconfig 是第二步配置，具体的用法和配置意义在后面课程讲。
我们这里因为是九鼎已经移植过的，所以第二步配置是可以不做的，直接退出即可。
4、make
（1）可能出现的错误1：莫名其妙的错误，可以试试先make distclean
（2）代码本身的错误：具体问题具体分析
（3）编译完成后得到的内核镜像不在源码树的根目录下，在 arch/arm/boot 这个目录下。得到的镜像名是zImage
三、配置和编译的原理
1、配置的关键是得到 .config 文件
（1）.config以.开头，是一个隐藏文件，因此平时是看不到的，需要ls -a来看
（2）当我们 make distclean 后（也就是说默认情况下）是没有.config文件的，我们配置的两步过程就是为了得到内容合适的.config文件
（3）.config文件是linux内核在编译过程中很重要的一个文件，其作用类似与uboot中的include/configs/x210_sd.h，内核在编译过程中会读取.config中的配置项，并且用这些配置项去指导整个编译链接过程。
（4）.config文件的格式类似于脚本文件，其中内容为类似于于：CONFIG_ARM=y 的一个一个的配置项。这些配置项就类似于脚本文件中定义的一个一个变量，所以这一行可以被理解为定义了一个变量CONFIG_ARM，这个变量的值为y。
（5）.config文件中每一行都是一个配置项，从.config文件的规模可以看出linux内核的可配置项有两三千个。所以linux内核是高度可配置的，而且linux内核的所有配置项很难全部搞明白。
因为linux内核的配置项太多太繁杂超出了人的大脑能够记忆和处理的数量级，因此linux内核不像uboot那样直接手工配置，而是发明了一个图形化的配置工具menuconfig。
2、make xx_defconfig 和 make menuconfig 相配合
（1）我们为了对.config文件中的两三千个配置项做逐一合适的配置，专门发明了两步结合的配置方式。
（2）其实只要人的记忆足够好，大脑足够厉害，完全可以手工去书写/修改.config文件完成内核配置，最终只要.config中内容是正确的，就不影响编译过程。
（3）第一步：make xxx_defconfig解决的问题是大部分的配置项（这一步结束后99%的配置项就已经正确了），下来就是对个别不同的针对我们的开发板进行细节调整。
细节调整就通过 make menuconfig 来完成。
（4）make xxx_defconfig这一步其实是参考别人已经做好的，这样做有很多好处：减少很多工作量，避开了很多自己不懂的配置项（譬如对内存管理的、调度系统的等模块的配置项），我们只用管自己需要管的。
（5）make menuconfig 其实就是读取第一步得到的 .config，然后给我们一个图形化的界面，让我们可以更加容易的找到自己想要修改的配置项，然后更改配置他。
3、make xx_defconfig到底做了什么？
（1）make x210ii_qt_defconfig 其实相当于：
cp arch/arm/configs/x210ii_qt_defconfig ./config
就是把 arch/arm/configs/ 目录下面的 x210ii_qt_defconfig 复制到当前目录（也就是根目录下），命名为.config
（2）arch/arm/configs 目录下的这么多个xxx_defconfig哪里来的？
其实这些文件都是别人手工配置好适合一定的开发板的 .config 文件后自己把 .config 文件保存过去的。
譬如说我们用S5PV210这个SoC，针对这个SoC的开发板的最初配置肯定是三星的工程师去做的。
四、menuconfig 的使用
在我们开发的时候，
1、使用说明解释
（1）menuconfig中间的选择区中有很多个选择项，每个选择项对应.config文件中的一个配置项。
每一个选择项都可以被选择和配置操作，选择区中的每一项都是有子目录的，将光标放在选择项上按Enter键可以进入子目录（子目录可能还会有子目录）。
选择区太短放不下所有的一个目录层级的选项，可以用方向箭头按键的向上箭头和向下箭头来上翻和下翻。
（2）注：在 menuconfig 中操作相关的几个键盘按键，主要是：
-
向上和向下箭头，主要用来在选择项菜单中目录浏览时上下翻
-
向左和向右箭头，主要作用是在菜单选项（select、exit、help）间切换。
-
回车，主要作用是选中并且执行
select/exit/help。 -
ESC，主要作用是返回上一层。
（3）用法翻译：
-
箭头按键导航整个菜单
-
回车按键选择子目录（注意选项后面有
--->的选项才是有子目录的，没有这个标识的没有子目录） -
高亮的字母是热键（快捷键）
-
键盘按键
Y、N、M三个按键的作用分别是将选中模块编入、去除、模块化。
注：linux内核中一个功能模块有三种编译方法：一种是编入、一种去去除、一种是模块化。
1、所谓编入就是将这个模块的代码直接编译连接到zImage中去，
2、去除就是将这个模块不编译链接到zImage中，
3、模块化是将这个模块仍然编译，但是不会将其链接到zImage中，会将这个模块单独链接成一个内核模块.ko文件，将来linux系统内核启动起来后可以动态的加载或卸载这个模块。
-
双击ESC表示退出，
-
按下
？按键可以显示帮助信息，按下/按键可以输入搜索内容来全局搜索信息（类似于vi中的搜索），[ ]不可以模块化，< >的才可以模块化。 -
在menuconfig中选项前面的括号里，* 表示编入，空白表示去除，M表示模块化
2、menuconfig的工作原理
（1）menuconfig 本身是由一套软件支持
1、linux为了实现图形化界面的配置，专门提供了一套配置工具menuconfig。
2、ncurses 库是linux中用来实现文字式的图形界面，linux内核中使用了ncurses库来提供menuconfig
3、scripts\kconfig\lxdialog 目录下的一些c文件就是用来提供 menuconfig 的那些程序源代码。
（2）menuconfig 读取 Kconfig 文件
（1）menuconfig本身的软件只负责提供 menuconfig 工作的这一套逻辑（譬如在menuconfig中通过上下左右箭头按键来调整光标，Enter ESC键等按键按下的响应），而并不负责提供内容（菜单里的项目）。
（2）menuconfig显示的菜单内容（一方面是菜单的目录结构，另一方面是每一个菜单项目的细节）是由内核源码树各个目录下的 Kconfig 文件来支持的。Kconfig文件中按照一定的格式包含了一个又一个的配置项，每一个配置项在make menuconfig中都会成为一个菜单项目。而且menuconfig中显示的菜单目录结构和源码目录中的Kconfig的目录结构是一样的。
（3）在相应的Kconfig文件中删除一个config项，则再次make menuconfig时这个项目已经看不到了。
（3）menuconfig读取/写入.config文件
（1）刚才已经知道menuconfig的菜单内容来自于Kconfig文件，但是每一个菜单的选择结果（Y、N、M）却不是保存在Kconfig文件中的。Kconfig文件是不变的，Kconfig 文件只是决定有没有这个菜单项，并不管这个菜单项的选择结果。
（2）menuconfig工作时在我们make menuconfig打开时，他会读取.config文件，并且用.config文件中的配置选择结果来初始化menuconfig中各个菜单项的选择值。
总结：
1、菜单项的项目内容从Kconfig文件来
2、菜单项的选择值从.config文件来
（3）当我们每次退出make menuconfig时，menuconfig机制会首先检查我们有没有更改某些配置项的值，如果我们本次没有更改过任意一个配置项目的值那直接退出；
如果我们有改动配置项的值则会提示我们是否保存。此时如果点保存，则会将我们更改过的配置重新写入.config文件中记录，下一次再次打开make menuconfig时会再次加载.config，最终去编译内核时编译连接程序会考虑.config中的配置值指导整个编译连接过程。
五、kconfig 文件详解
1、Kconfig的格式
（1）Kconfig按照一定的格式来书写，menuconfig程序可以识别这种格式，然后从中提取出有效信息组成menuconfig中的菜单项。
（2）将来在做驱动移植等工作时，有时需要自己添加Kconfig中的一个配置项来将某个设备驱动添加到内核的配置项目中，这时候就需要对Kconfig的配置项格式有所了解，否则就不会添加。
（3） menuconfig表示菜单（本身属于一个菜单中的项目，但是他又有子菜单项目）、config表示菜单中的一个配置项（本身并没有子菜单下的项目）。
有子目录
没有子目录：
（4）menuconfig或者config后面空格隔开的大写字母表示的类似于 NETDEVICES 的就是这个配置项的配置项名字，这个字符串前面添加CONFIG_后就构成了.config中的配置项名字。
（5）一个menuconfig后面跟着的所有config项就是这个menuconfig的子菜单。这就是Kconfig中表示的目录关系。
(7)内核源码目录树中每一个Kconfig都会source引入其所有子目录下的Kconfig，从而保证了所有的Kconfig项目都被包含进menuconfig中。
这个也告诉我们：如果你自己在linux内核中添加了一个文件夹，一定要在这个文件夹下创建一个Kconfig文件，然后在这个文件夹的上一层目录的Kconfig中source引入这个文件夹下的Kconfig文件。
2、tristate和bool的含义
tristate意思是三态（3种状态，对应Y、N、M三种选择方式），bool是要么真要么假（对应Y、N）。所以tristate的意思就是这个配置项可以被三种选择，bool的意思是这个配置项只能被2种选择。
3、depends 的含义
（1）depends中文意思是“取决于”或者“依赖于”，所以depends在这里的意思是：
本配置项依赖于另一个配置项。
如果那个依赖的配置项为
Y或者M，则本配置项才有意义；
如果依赖的哪个配置项本身被设置为N，则本配置项根本没有意义。
（2）depends项目会导致 的时候找不到一些配置项。所以你在menuconfig中如果找不到一个选项，但是这个选项在Kconfig中却是有的，则可能的原因就是这个配置项依赖的一个配置项是不成立的。
（3）depends并不要求依赖的配置项一定是一个，可以是多个，而且还可以有逻辑运算。这种时候只要依赖项目运算式子的逻辑结果为真则依赖就成立。
4、help
(1)帮助信息，告诉我们这个配置项的含义，以及如何去配置他。
5、Kconfig 和 .config 文件和 Makefile 三者的关联
（1）配置项被配置成Y、N、M 会影响.config 文件中的CONFIG_XXX 变量的配置值。
（2）这个.config中的配置值（=y、=m、没有）会影响最终的编译链接过程。如果=y则会被编入（built-in），如果=m会被单独连接成一个ko模块，如果没有则对应的代码不会被编译。
（3）那么这么是怎么实现的？都是通过makefile实现的。
obj-$(CONFIG_DM9000) += dm9000.o
如果CONFIG_DM9000变量值为y，则obj += dm9000.o，因此dm9000.c会被编译；
如果CONFIG_DM9000变量未定义，则dm9000.c不会被编译。
如果CONFIG_DM9000变量的值为m，则会被连接成ko模块（这个是在linux内核的Makefile中定义的规则）
六、menuconfig 的实验学习思路
1、验证 menuconfig 和 .config 的关系
make menuconfig 的时候会读取 .config 的配置关系
(1)make menuconfig时，会读取.config中的配置值来初始化menuconfig中的配置项。
验证：如果理论正确的，那么我自己手工修改了.config的配置后，再次make menuconfig时看到的初始值就应该是我手工修改的。
(2)menuconfig中修改了（按Y、N、M）配置项的值，然后退出时保存，则这个保存结果会修改.config文件中的相应行。
验证：如果结论是正确的，那么在menucofig中修改了配置后保存退出，再次去手工打开.config文件则可以看到相应配置的一行内容被修改了。
2、验证 menuconfig 和 Kconfig 的关系
(1)menuconfig读取Kconfig的内容作为菜单项目内容。
验证1：在Kconfig中删除一个config项，则再次make menuconfig时就看不到这个项目了。（上课时已经验证过了）
验证2：在Kconfig中自己添加创建一个config项，则再次make menuconfig时就能看到多了一个项目。
3、验证 menuconfig 和 Makefile 的关系
(1)我找一个模块，把他配制成y，然后去make编译连接，最后得到的zImage中这个模块就应该被编译连接进去到zImage中了。
验证：（将 dm9000 配置为 y）
方法一：去这个模块对应的源代码目录看一下这个源码有没有被编译
方法二：去zImage对应的elf格式的vmlinux中查看符号（比较靠谱）
方法三：将vmlinux反编译（objdump）后得到的文件中找模块对应的符号（比较靠谱）
方法四：将zImage下载到开发板中启动，启动后看你的模块能不能工作
标签：13,uboot,make,配置,内核,linux,----------,config,menuconfig 来源： https://blog.csdn.net/vincent3678/article/details/114667225