专题3-嵌入式linux内核制作

2023年5月1日 143次阅读 来源: 爪爪熊

一、linux体系结构

linux由内核空间与用户空间两部分组成，用户空间主要是应用程序和C库，内核空间包含了像系统调用接口，体系结构相关的代码。

现在的CPU实现了不同的工作模式，以ARM为例，实现了其中工作模式：

用户模式（usr）、快速中断（fiq）、外部中断（irq）、管理模式（SVC）、数据访问终止（abt）、系统模式（sys）、未定义指令异常（und）。

X86也实现了四个不同的级别：Ring0-Ring3 。 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。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了充分保护。例如：如果使用X86，用户代码运行在Ring3，内核代码运行在Ring0.

内核空间与用户空间是程序执行的两种不同的状态，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。

linux 内核架构(这里用表模拟下)

System Call Interface
Porcess Management(PM)Virtual Files System(VFS)
Memory Managemet(MM)Network stack
ARCHDevice Drivers(DD)

二、linux内核源代码

2.1 源代码下载

www.kernel.org   官网进行下载即可

2.2 目录结构（树形结构）

arch目录：architecture的缩写。内核所支持的每种CPU体系，在该目录下都有对应的子目录。每个CPU的子目录，又进一步分解为boot，mm，kernel等目录，分别包含控制系统引导，内存管理，系统调用等。

document目录：内核的文档部分

drivers目录：设备的驱动程序目录

include目录：内核所需要的头文件。与平台无关的头文件在 include/linux 子目录下，与平台相关的头文件在相应的子目录中。

fs目录：存放各种文件系统的实现代码。每个子目录对应一种文件系统的实现，公用的源程序用于实现虚拟文件系统VFS：

||–devpts　　/dev/pts 虚拟文件系统
||–ext2　　　第二扩展文件系统
||–fat　　　　MS的fat32文件系统
||–isofs　　　ISO9660光盘CD-ROM上的文件系统

net目录：网络协议的实现代码：

||–802　　　　　802无线通讯协议核心支持代码
||–appletalk　与苹果设备互联协议
||–ax25　　　　AX25无线Internet协议
||–bridge　　　桥接设备
||–ipv4　　　　IP协议簇V4版32位寻址模式
||–ipv6　　　　IP协议簇V6版128位寻址模式

三、linux内核配置与编译

配置内核：硬件需求，软件需求。

    make config   这种方法是采用文本模式的配置
    make menuconfig  这种是基于文本模式的菜单形配置

首选是采用菜单形配置（直观、简单、高效）

使用make menuconfig 配置内核

    Process type and features 
                -----Process family

    Networking support 
                -----Networking Options

    Devices Drivers
                -----Network device support
    
    File system

这里说明下“[ ]”这种只有两种选择方式，有或者没有。而“ < > ”这种有三种选择方式。

<M> 内核模块，编译成.ko 动态调用。 “[]”直接便一道zImage内核映像中。

源代码的根目录中.config文件保存了内核配置结果，在源代码目录中使用 # ls -a 进行查看。

配置捷径：①：使用已有的配置项来改。 ②：不清楚的为默认值。

操作步骤如下：使用内核配置文件简化配置，当前linux系统的配置文件在 /boot/config-xxxx，如果是使用红帽6， 2.6.39内核可以直接使用其进行配置，将该 /boot/config-xxxx 文件复制到内核源代码。并输入以下命令

    make menuconfig   -> load an Alternate configuration File

填写刚刚复制的文件名字进入，保存后利用已经有的配置文件进行修改。
配置内核实际上工作很多,但是如果有厂商之前给你做好了相关配置文件,比如我这里购买的smart210,友善之臂提供了相关的配置文件名字叫 mini210_linux_defconfig(mini210和smart210基本一样)这个文件,这个就是厂商配置文件,这里我的在内核的根目录下面,使用下面命令就可以直接使用该配置文件进行编译:

 cp mini210_linux_defconfig .config
 make uImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

这样即可编译成功,同样还有一种方法简化内核配置,在 内核arch/arm/configs 中找到自己板子的默认配置,基于这个配置进行修改也是很好的,使用起来也很简单.

make xxx_defconfig
make menu_config ARCH=arm 
make uImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

3.1 编译内核

<*> -> zImage

[M] -> 内核模块

    make zImage   在X86平台上，zImage内核只能用于512KB的文件大小。
    //所以一般都用下面的
    make bzImage

如果需要获取详细的编译信息，可使用

    make zImage V=1
    make bzImage V=1

编译好的内核在： arch/<cpu>/boot

3.2 编译内核模块

    make modules    (大概一个小时时间，比较长)
    make modules_install

编译过后生成的文件遍布于各个目录中，凡是以 *.ko 结尾的都是内核模块

    make modules_install (将 *.ko 全部移动到/lib/modules)
    这里是linux主机的/lib/不是源码的目录。

3.3 制作ramdisk

方法：mkinitrd initrd-$version $version

例：

    mkinitrd initrd-2.6.39 2.6.39
    // *$version 可以通过查询 /lib/modules 下目录得到。

3.4 安装内核（x86）

    cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-$version
    cp initrd-$version /boot/
    修改 /etc/grub.conf

3.5 清理文件

    make clean  :清理 *.0 *.ko 等文件
    make distclean :在上面的基础上

四、嵌入式linux内核制作

4.1 清除相关文件

    make distclean

4.2 配置内核

    make menuconfig   (x86)
    make menuconfig ARCH=arm  (ARM)

4.3 编译内核

    make bzImage (X86)
    make uImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

可能以上编译或许过不去，可能是因为源码中有配置initramfs这个挂载根文件系统的，所以过不去，因为这里还没有设置根文件系统，同时可能还有一个问题就是还缺少mkimage这个工具，需要从已经编译好的u-boot源码中tools中拷贝使用：

    cp mkimage /bin/      这里注意是拷贝到宿主机中
    原文作者：爪爪熊
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/af38bf0dc507
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