Linux 内核顶层 Makefile 详解

Linux 内核获取

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
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。
NXP 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 CPU
上，测试成功以后就会将其开放给 NXP 的 CPU 开发者。开发者下载 NXP 提供的 Linux 内核，
然后将其移植到自己的产品上。本章的移植我们就使用 NXP 提供的 Linux 源码，NXP 提供 Linux
源码已经放到了开发板光盘中，路径为： 1、例程源码-》 4、 NXP 官方原版 Uboot 和 Linux-》
linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2。

Linux 内核编译初次编译

编译内核之前需要先在 ubuntu 上安装 lzop 库，否则内核编译会失败！命令如下：
sudo apt-get install lzop
这里编译以 I.MX6U-ALPHA 开发板移植好的 Linux 源码，
已经放到了开发板光盘中，路径为： 1、例程源码-》 3、正点原子修改后的 Uboot 和 Linux-》 linuximx-4.1.15-2.1.0-g8a006db.tar.bz2。
新建 alientek_linux 文件夹中并解压，
命令如下：
tar -vxjf linux-imx-4.1.15-2.1.0-g8a006db.tar.bz2
建名为
“ mx6ull_alientek_emmc.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 35.2.1 mx6ull_alientek_emmc.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- imx_v7_defconfig
4 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
5 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16
第 2 行，执行“ make distclean”，清理工程，所以 mx6ull_alientek_emmc.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
mx6ull_alientek_emmc.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。
使用 chmod 给予 mx6ull_alientek_emmc.sh 可执行权限，然后运行此 shell 脚本，命令如
下：
./mx6ull_alientek_emmc.sh
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。
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。

Linux 工程目录分析

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。arch/arm/configs 目录是不同平台的默认配置文件： xxx_defconfig
在 arch/arm/configs 中就包含有 I.MX6U-ALPHA 开发板的默认配置文件： imx_v7_defconfig,
执行“ make imx_v7_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
arch/arm/boot 目录下会保存编译出来的 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-imx 目录里面就
是 I.MX 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
驱动目录文件，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，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。
12、 lib 目录
lib 是库的意思， lib 目录都是一些公用的库函。
13、 mm 目录
此目录存放内存管理相关代码。
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
跟 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。

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 602
行几乎一样

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 35.5.1 顶层 Makefile 代码段
1 VERSION = 4
2 PATCHLEVEL = 1
3 SUBLEVEL = 15
4 EXTRAVERSION =
可以看出， Linux 内核版本号为 4.1.15。

2、 MAKEFLAGS 变量
MAKEFLAGS 变量设置如下所示：
示例代码 35.5.2 顶层 Makefile 代码段
16 MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)

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 35.5.3 顶层 Makefile 代码段
69 ifeq ("$(origin V)", "command line")
70 KBUILD_VERBOSE = $(V)
71 endif
72 ifndef KBUILD_VERBOSE
73 KBUILD_VERBOSE = 0
74 endif
75
76 ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)
77 quiet =
78 Q =
79 else
80 quiet=quiet_
81 Q = @
82 endif

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 35.5.4 顶层 Makefile 代码段
87 ifneq ($(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)),) # make-4
88 ifneq ($(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS))),)
89 quiet=silent_
90 endif
91 else # make-3.8x
92 ifneq ($(filter s% -s%,$(MAKEFLAGS)),)
93 quiet=silent_
94 endif
95 endif
96
97 export quiet Q KBUILD_VERBOSE

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 35.5.5 顶层 Makefile 代码段
116 ifeq ($(KBUILD_SRC),)
117
118 # OK, Make called in directory where kernel src resides
119 # Do we want to locate output files in a separate directory?
120 ifeq ("$(origin O)", "command line")
121 KBUILD_OUTPUT := $(O)
122 endif

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 35.5.6 顶层 Makefile 代码段
172 ifeq ("$(origin C)", "command line")
173 KBUILD_CHECKSRC = $(C)
174 endif
175 ifndef KBUILD_CHECKSRC
176 KBUILD_CHECKSRC = 0
177 endif

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 35.5.7 顶层 Makefile 代码段
179 # Use make M=dir to specify directory of external module to build
180 # Old syntax make ... SUBDIRS=$PWD is still supported
181 # Setting the environment variable KBUILD_EXTMOD take precedence
182 ifdef SUBDIRS
183 KBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS)
184 endif
185
186 ifeq ("$(origin M)", "command line")
187 KBUILD_EXTMOD := $(M)
188 endif
189
190 # If building an external module we do not care about the all: rule
191 # but instead _all depend on modules
192 PHONY += all
193 ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
194 _all: all
195 else
196 _all: modules
197 endif
198
199 ifeq ($(KBUILD_SRC),)
200 # building in the source tree
201 srctree := .
202 else
203 ifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir $(CURDIR)))
204 # building in a subdirectory of the source tree
205 srctree := ..
206 else
207 srctree := $(KBUILD_SRC)
208 endif
209 endif
210 objtree := .
211 src := $(srctree)
212 obj := $(objtree)
213
214 VPATH := $(srctree)$(if $(KBUILD_EXTMOD),:$(KBUILD_EXTMOD))
215
216 export srctree objtree VPATH
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 35.5.8 顶层 Makefile 代码段
252 ARCH ?= $(SUBARCH)
253 CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
为了方便，一般直接修改顶层 Makefile 中的 ARCH 和 CROSS_COMPILE，直接将其设置
为对应的架构和编译器，比如本教程将 ARCH 设置为为 arm， CROSS_COMPILE 设置为 armlinux-gnueabihf-，如下所示：
示例代码 35.5.9 顶层 Makefile 代码段
252 ARCH ?= arm
253 CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
设置好以后我们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
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 35.5.10 顶层 Makefile 代码段
348 # We need some generic definitions (do not try to remake the file).
349 scripts/Kbuild.include: ;
350 include scripts/Kbuild.include

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量设置如下：
示例代码 35.5.11 顶层 Makefile 代码段
353 AS = $(CROSS_COMPILE)as
354 LD = $(CROSS_COMPILE)ld
355 CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
356 CPP = $(CC) -E
357 AR = $(CROSS_COMPILE)ar
358 NM = $(CROSS_COMPILE)nm
359 STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
360 OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
361 OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
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 35.5.12 顶层 Makefile 代码段
381 USERINCLUDE := \
382 -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include/uapi \
383 -Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \
384 -I$(srctree)/include/uapi \
385 -Iinclude/generated/uapi \
386 -include $(srctree)/include/linux/kconfig.h
387
388 # Use LINUXINCLUDE when you must reference the include/ directory.
389 # Needed to be compatible with the O= option
390 LINUXINCLUDE := \
391 -I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include \
392 -Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \
393 -Iarch/$(hdr-arch)/include/generated \
394 $(if $(KBUILD_SRC), -I$(srctree)/include) \
395 -Iinclude \
396 $(USERINCLUDE)
第 381~386 行是 USERINCLUDE 是 UAPI 相关的头文件路径，第 390~396 行是
LINUXINCLUDE 是 Linux 内核源码的头文件路径。重点来看一下 LINUXINCLUDE，其中
srctree=.， hdr-arch=arm， KBUILD_SRC 为空，因此，将 USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE 展
开以后为：
USERINCLUDE := \
-I./arch/arm/include/uapi \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-I./include/uapi \
-Iinclude/generated/uapi \
-include ./include/linux/kconfig.h
LINUXINCLUDE := \
-I./arch/arm/include \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-Iarch/arm/include/generated \
-Iinclude \
-I./arch/arm/include/uapi \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-I./include/uapi \
-Iinclude/generated/uapi \
-include ./include/linux/kconfig.h

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 35.5.13 顶层 Makefile 代码段
417 export VERSION PATCHLEVEL SUBLEVEL KERNELRELEASE KERNELVERSION
418 export ARCH SRCARCH CONFIG_SHELL HOSTCC HOSTCFLAGS CROSS_COMPILE AS
LD CC
419 export CPP AR NM STRIP OBJCOPY OBJDUMP
420 export MAKE AWK GENKSYMS INSTALLKERNEL PERL PYTHON UTS_MACHINE
421 export HOSTCXX HOSTCXXFLAGS LDFLAGS_MODULE CHECK CHECKFLAGS
422
423 export KBUILD_CPPFLAGS NOSTDINC_FLAGS LINUXINCLUDE OBJCOPYFLAGS
LDFLAGS
424 export KBUILD_CFLAGS CFLAGS_KERNEL CFLAGS_MODULE CFLAGS_GCOV
CFLAGS_KASAN
425 export KBUILD_AFLAGS AFLAGS_KERNEL AFLAGS_MODULE
426 export KBUILD_AFLAGS_MODULE KBUILD_CFLAGS_MODULE
KBUILD_LDFLAGS_MODULE
427 export KBUILD_AFLAGS_KERNEL KBUILD_CFLAGS_KERNEL
428 export KBUILD_ARFLAGS

make xxx_defconfig 过程

第一次编译 Linux 之前都要使用“ make xxx_defconfig”先配置 Linux 内核，在顶层 Makefile
中有“ %config”这个目标，如下所示：
示例代码 35.5.1.1 顶层 Makefile 代码段
490 config-targets := 0
491 mixed-targets := 0
492 dot-config := 1
493
494 ifneq ($(filter $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)
495 ifeq ($(filter-out $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)
496 dot-config := 0
497 endif
498 endif
...
537 config: scripts_basic outputmakefile FORCE
538 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
539
540 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE
541 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
第 490~507 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 534 行~541 行成立。第 534 行引用 arch/arm/Makefile 这个文
件，这个文件很重要，因为 zImage、 uImage 等这些文件就是由 arch/arm/Makefile 来生成的。
第 535 行导出变量 KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG。
第 537 行，没有目标与之匹配，因此不执行。
第 540 行，“ make xxx_defconfig”与目标“ %config”匹配，因此执行。“ %config”依赖
scripts_basic、 outputmakefile 和 FORCE，“ %config”真正有意义的依赖就只有 scripts_basic，
scripts_basic 的规则如下：
示例代码 35.5.1.2 顶层 Makefile 代码段
448 scripts_basic:
449 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic
450 $(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount
build 定义在文件 scripts/Kbuild.include 中，值为 build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build
obj，因此将示例代码 35.5.1.2 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@
接着回到示例代码 35.5.1.1 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/kconfig xxx_defconfig

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/kconfig xxx_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 35.5.2.1 Makefile.build 代码段
41 # The filename Kbuild has precedence over Makefile
42 kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))
43 kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuilddir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)
44 include $(kbuild-file)
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 44 行展开，即：
include ./scripts/basic/Makefile
继续分析 scripts/Makefile.build，如下代码：
示例代码 35.5.2.2 Makefile.build 代码段
94 __build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target)
$(extra-y)) \
95 $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \
96 $(subdir-ym) $(always)
97 @:
__build 是默认目标，因为命令“ @make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic”没有指
定目标，所以会使用到默认目标__build。在顶层 Makefile 中， KBUILD_BUILTIN 为 1，
KBUILD_MODULES 为空，因此展开后目标__build 为：
__build:$(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：
builtin-target =
lib-target =
extra-y =
subdir-ym =
always = scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c
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 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出 scripts/basic/fixdep 和 scripts/basic/bin2c 这
两个软件。
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：
src= scripts/kconfig
kbuild-dir = ./scripts/kconfig
kbuild-file = ./scripts/kconfig/Makefile
include ./scripts/kconfig/Makefile
可以看出， Makefile.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 35.5.2.3 scripts/kconfig/Makefile 代码段
113 %_defconfig: $(obj)/conf
114 $(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@
$(Kconfig)
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。

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 35.5.3.1 顶层 Makefile 代码段
125 PHONY := _all
126 _all:
......
192 PHONY += all
193 ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
194 _all: all
195 else
196 _all: modules
197 endif
......
608 all: vmlinux
第 126 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 608 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 35.5.3.2 顶层 Makefile 代码段
904 # Externally visible symbols (used by link-vmlinux.sh)
905 export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)
906 export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y)
$(net-y)
907 export KBUILD_LDS := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds
908 export LDFLAGS_vmlinux
909 # used by scripts/pacmage/Makefile
910 export KBUILD_ALLDIRS := $(sort $(filter-out arch/%,$(vmlinuxalldirs)) arch Documentation include samples scripts tools virt)
911
912 vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT)
$(KBUILD_VMLINUX_MAIN)
...
920 vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE
933 +$(call if_changed,link-vmlinux)
从第 920 行可以看出目标 vmlinux 依赖 scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE。第
912 行定义了 vmlinux-deps，值为：
vmlinux-deps= $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)
第 905 行， KBUILD_VMLINUX_INIT= $(head-y) $(init-y)。
第 906 行， KBUILD_VMLINUX_MAIN = $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)。
第 907 行， KBUILD_LDS= arch/$(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-y) 、 $(drivers-y) 、 $(net-y)、 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 和 FORCE。
第 933 行的命令用于链接生成 vmlinux。
重点来看一下$(head-y) 、 $(init-y)、 $(core-y) 、 $(libs-y) 、 $(drivers-y) 和$(net-y)这六个变
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 35.5.3.3 arch/arm/Makefile 代码段
135 head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o
当不使能 MMU 的话 MMUEXT=-nommu，如果使能 MMU 的话为空，因此 head-y 最终的
值为：
head-y = arch/arm/kernel/head.o
2、 init-y、 drivers-y 和 net-y
在顶层 Makefile 中有如下代码：
示例代码 35.5.3.4 顶层 Makefile 代码段
558 init-y := init/
559 drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
560 net-y := net/
......
896 init-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))
898 drivers-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(drivers-y))
899 net-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(net-y))
从示例代码 35.5.3.4 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-y
libs-y 基本和 init-y 一样，在顶层 Makefile 中存在如下代码：
示例代码 35.5.3.5 顶层 Makefile 代码段
561 libs-y := lib/
......
900 libs-y1 := $(patsubst %/, %/lib.a, $(libs-y))
901 libs-y2 := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))
902 libs-y := $(libs-y1) $(libs-y2)
根据示例代码 35.5.3.5 可知， libs-y 应该等于“ lib.a built-in.o”，这个只正确了一部分！因为
在 arch/arm/Makefile 中会向 libs-y 中追加一些值，代码如下：
示例代码 35.5.3.6 arch/arm/Makefile 代码段
286 libs-y := arch/arm/lib/ $(libs-y)
arch/arm/Makefile 将 libs-y 的值改为了： arch/arm/lib $(libs-y)，展开以后为：
libs-y = arch/arm/lib lib/
因此根据示例代码 35.5.3.5 的第 900~902 行可知， libs-y 最终应该为：
libs-y = arch/arm/lib/lib.a lib/lib.a arch/arm/lib/built-in.o lib/built-in.o
4、 core-y
core-y 和 init-y 也一样，在顶层 Makefile 中有如下代码：
示例代码 35.5.3.7 顶层 Makefile 代码段
532 core-y := usr/
......
887 core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
但是在 arch/arm/Makefile 中会对 core-y 进行追加，代码如下：
示例代码 35.5.3.8 arch/arm/Makefile 代码段
269 core-$(CONFIG_FPE_NWFPE) += arch/arm/nwfpe/
270 core-$(CONFIG_FPE_FASTFPE) += $(FASTFPE_OBJ)
271 core-$(CONFIG_VFP) += arch/arm/vfp/
272 core-$(CONFIG_XEN) += arch/arm/xen/
273 core-$(CONFIG_KVM_ARM_HOST) += arch/arm/kvm/
274 core-$(CONFIG_VDSO) += arch/arm/vdso/
275
276 # If we have a machine-specific directory, then include it in the
build.
277 core-y += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/
278 core-y += arch/arm/probes/
279 core-y += arch/arm/net/
280 core-y += arch/arm/crypto/
281 core-y += arch/arm/firmware/
282 core-y += $(machdirs) $(platdirs)
第 269~274 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 277~282 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 35.5.3.9 顶层 Makefile 代码段
897 core-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))
经过上述代码的转换，最终 core-y 的值为：
core-y = usr/built-in.o arch/arm/vfp/built-in.o \
arch/arm/vdso/built-in.o arch/arm/kernel/built-in.o \
arch/arm/mm/built-in.o arch/arm/common/built-in.o \
arch/arm/probes/built-in.o arch/arm/net/built-in.o \
arch/arm/crypto/built-in.o arch/arm/firmware/built-in.o \
arch/arm/mach-imx/built-in.o kernel/built-in.o\
mm/built-in.o fs/built-in.o \
ipc/built-in.o security/built-in.o \
crypto/built-in.o block/built-in.o
关于 head-y 、 init-y、 core-y 、 libs-y 、 drivers-y 和 net-y 这 6 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！但是链接是需要链接脚本的，
vmlinux 的依赖 arch/arm/kernel/vmlinux.lds 就是整个 Linux 的链接脚本。

示例代码 35.5.3.2 第 933 行的命令“+$(call if_changed,link-vmlinux)”表示将 $(call
if_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。 $(call if_changed,link-vmlinux)是调用函数 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 35.5.3.10 scripts/Kbuild.include 代码段
247 if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)), \
248 @set -e; \
249 $(echo-cmd) $(cmd_$(1)); \
250 printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)
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 248 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 249 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 35.5.3.11 顶层 Makefile 代码段
914 # Final link of vmlinux
915 cmd_link-vmlinux = $(CONFIG_SHELL) $< $(LD) $(LDFLAGS)
$(LDFLAGS_vmlinux)
916 quiet_cmd_link-vmlinux = LINK $@
第 915 行就是 cmd_link-vmlinux 的值，其中 CONFIG_SHELL=/bin/bash，$<表示目标 vmlinux
的第一个依赖文件，根据示例代码 35.5.3.2 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 --picveneer --build-id。因此 cmd_link-vmlinux 最终的值为：
cmd_link-vmlinux = /bin/bash scripts/link-vmlinux.sh arm-linux-gnueabihf-ld -EL -p --noundefined -X --pic-veneer --build-id
cmd_link-vmlinux 会调用 scripts/link-vmlinux.sh 这个脚本来链接出 vmlinux！在 linkvmlinux.sh 中有如下所示代码：
示例代码 35.5.3.12 scripts/link-vmlinux.sh 代码段
51 vmlinux_link()
52 {
53 local lds="${objtree}/${KBUILD_LDS}"
54
55 if [ "${SRCARCH}" != "um" ]; then
56 ${LD} ${LDFLAGS} ${LDFLAGS_vmlinux} -o ${2} \
57 -T ${lds} ${KBUILD_VMLINUX_INIT} \
58 --start-group ${KBUILD_VMLINUX_MAIN} --end-group ${1}
59 else
60 ${CC} ${CFLAGS_vmlinux} -o ${2} \
61 -Wl,-T,${lds} ${KBUILD_VMLINUX_INIT} \
62 -Wl,--start-group \
63 ${KBUILD_VMLINUX_MAIN} \
64 -Wl,--end-group \
65 -lutil ${1}
66 rm -f linux
67 fi
68 }
......
216 info LD vmlinux
217 vmlinux_link "${kallsymso}" vmlinux
vmliux_link 就是最终链接出 vmlinux 的函数，第 55 行判断 SRCARCH 是否等于“ um”，如
果不相等的话就执行 56~58 行的代码。因为 SRCARCH=arm，因此条件成立，执行 56~58 行的
代 码 。 这 三 行 代 码 就 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_INIT 和
KBUILD_VMLINUX_MAIN 来决定，这两个变量在示例代码 35.5.3.2 中已经讲解过了。
第 217 行调用 vmlinux_link 函数来链接出 vmlinux。
使用命令“ make V=1”编译 Linux，查看具体链接文件。
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.sh来完成的。

built-in.o 文件编译生成过程

根据示例代码 35.5.3.2 第 920 行可知， vmliux 依赖 vmlinux-deps，而 vmlinux-deps=
$(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)， KBUILD_LDS
是链接脚本，这里不考虑，剩下的 KBUILD_VMLINUX_INIT 和 KBUILD_VMLINUX_MAIN 就
是各个子目录下的 built-in.o、 .a 等文件。最终 vmlinux-deps 的值如下：
vmlinux-deps = arch/arm/kernel/vmlinux.lds arch/arm/kernel/head.o \
init/built-in.o usr/built-in.o \
arch/arm/vfp/built-in.o arch/arm/vdso/built-in.o \
arch/arm/kernel/built-in.o arch/arm/mm/built-in.o \
arch/arm/common/built-in.o arch/arm/probes/built-in.o \
arch/arm/net/built-in.o arch/arm/crypto/built-in.o \
arch/arm/firmware/built-in.o arch/arm/mach-imx/built-in.o \
kernel/built-in.o mm/built-in.o \
fs/built-in.o ipc/built-in.o \
security/built-in.o crypto/built-in.o\
block/built-in.o arch/arm/lib/lib.a\
lib/lib.a arch/arm/lib/built-in.o\
lib/built-in.o drivers/built-in.o \
sound/built-in.o firmware/built-in.o \
net/built-in.o
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 35.5.4.1 顶层 Makefile 代码段
937 $(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 也定义在顶层 Makefile 中，定义如下：
示例代码 35.5.4.2 顶层 Makefile 代码段
889 vmlinux-dirs := $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(init-y) $(init-m) \
890 $(core-y) $(core-m) $(drivers-y) $(drivers-m) \
891 $(net-y) $(net-m) $(libs-y) $(libs-m)))
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：
vmlinux-dirs = init usr arch/arm/vfp \
arch/arm/vdso arch/arm/kernel arch/arm/mm \
arch/arm/common arch/arm/probes arch/arm/net \
arch/arm/crypto arch/arm/firmware arch/arm/mach-imx\
kernel mm fs \
ipc security crypto \
block drivers sound \
firmware net arch/arm/lib \
lib
在顶层 Makefile 中有如下代码：
示例代码 35.5.4.3 顶层 Makefile 代码段
946 $(vmlinux-dirs): prepare scripts
947 $(Q)$(MAKE) $(build)=$@
目标 vmlinux-dirs 依赖 prepare 和 scripts，这两个依赖不去浪费时间了，重点看一下第 947
行的命令。 build 前面已经说了，值为“ -f ./scripts/Makefile.build obj”，因此将 947 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：
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=init
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=usr
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/vfp
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/vdso
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/kernel
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/mm
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/common
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/probes
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/net
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/crypto
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/firmware
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/mach-imx
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=kernel
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=mm
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=fs
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=ipc
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=security
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=crypto
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=block
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=drivers
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=sound
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=firmware
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=net
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/lib
@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=lib
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 35.5.2 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 35.5.4.4 scripts/Makefile.build 代码段
94 __build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target)
$(extra-y)) \
95 $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \
96 $(subdir-ym) $(always)
97 @:
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。如果只编译 Linux 内核镜像的话， __build 目标简化为：
__build: $(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) $(subdir-ym) $(always)
@:
重点来看一下 builtin-target 这个依赖， builtin-target 同样定义在文件 scripts/Makefile.build
中，定义如下：
示例代码 35.5.4.5 scripts/Makefile.build 代码段
86 ifneq ($(strip $(obj-y) $(obj-m) $(obj-) $(subdir-m) $(libtarget)),)
87 builtin-target := $(obj)/built-in.o
88 endif
第 87 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 这些变量不能全部为空。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 35.5.4.6 顶层 Makefile 代码段
325 #
326 # Rule to compile a set of .o files into one .o file
327 #
328 ifdef builtin-target
329 quiet_cmd_link_o_target = LD $@
330 # If the list of objects to link is empty, just create an empty
built-in.o
331 cmd_link_o_target = $(if $(strip $(obj-y)),\
332 $(LD) $(ld_flags) -r -o $@ $(filter $(obj-y), $^) \
333 $(cmd_secanalysis),\
334 rm -f $@; $(AR) rcs$(KBUILD_ARFLAGS) $@)
336 $(builtin-target): $(obj-y) FORCE
337 $(call if_changed,link_o_target)
338
339 targets += $(builtin-target)
340 endif # builtin-target
第 336 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)，在在这里就是调用
cmd_link_o_target 所对应的命令，也就是第 331~334 行的命令。 cmd_link_o_target 就是使用 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。

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 他们之间有什么区别呢？
①、 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 16MB
②、 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 取消掉 vmlinux 中的一些其他信息，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 12MB 左右
③、 zImage 是经过 gzip 压缩后的 Image，经过压缩以后其大小大概在 6MB 左右
④、 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，除非你用的很古老的 uboot。
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 35.5.5.1 顶层 Makefile 代码段
310 BOOT_TARGETS = zImage Image xipImage bootpImage uImage
......
315 $(BOOT_TARGETS): vmlinux
316 $(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@
第 310 行，变量 BOOT_TARGETS 包含 zImage， Image， xipImage 等镜像文件。
第 315 行， BOOT_TARGETS 依赖 vmlinux，因此如果使用“ make zImage”编译的 Linux 内
核的话，首先肯定要先编译出 vmlinux。
第 316 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/boot MACHINE=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。

参考文献

【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.3.pdf