Linux Kernel 和 U-Boot 编译的那些事

之前的文章：《一次搞定交叉编译》给大家讲了如何安装交叉编译工具链，搭建交叉编译环境。

这篇文章主要教大家如何正确的去编译 Linux Kernel、U-Boot 这些著名的开源软件。

也许很多同学会说：编译是小 case 啊，我都 make 过成千上万次了！

可是你是否有思考过，你编译的时候每一个步骤、执行的每一个命令.....

它背后隐藏的原理是什么？

为什么要这么做？

你的方法是最高效最科学的吗？

你的方法是否潜藏着漏洞？

换一个环境、换一个平台，如果编译的过程中遇到了莫名其妙的错误，你是否知道从哪里去找突破口？

这就是这篇文章要告诉你的。

编译 Linux Kernel

还是以 i.MX 的内核为例。

其实过程很简单，基本上两个命令搞定：

make ARCH=arm imx_v7_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

第一个命令是配置，第二个命令是编译。

但是这背后却隐藏着很多小细节需要我们去注意。

配置内核

配置内核的命令是 make ARCH=chiparch xxx_defconfig ，第一个参数 ARCH=chiparch 用来指定芯片的架构，第二个参数 xxx_defconfig 用来指定这次编译对应的配置文件，比如针对 i.MX6、i.MX7 这些芯片的 Linux Kernel，配置命令是这样的：

make ARCH=arm imx_v7_defconfig

如果编译 i.MX8 相关的内核的话，配置命令大概是这样的：

 make ARCH=arm64 defconfig

这个命令会从指定的 defconfig 文件里面加载配置，写入到 .config 文件中。内核编译的时候就是根据 .config 文件的内容来决定哪些模块编译，哪些模块不编译的。

make 后面的两个参数是怎么来的？

因为 Linux Kernel 支持大量不同架构的芯片、比如 arm、arm64、x86、mips、risc-v 等等，还支持成千上万的功能特性，在编译的时候我们并不需要把内核支持的所有芯片和功能都编译进去，这样编译出来的内核镜像会非常的庞大。而且 Kernel 中有相当一部分代码是针对特定架构的，比如启动阶段的初始化代码、每个架构都有自己特定的设置，这部分代码大部分是汇编写的，而且相互不兼容：

所以，Linux 内核提供了 defconfig 机制，开发者们可以根据自己的芯片、开发板特性自己决定内核中哪些功能需要打开，哪些功能可以关闭，生成一个和自己硬件相关的 defconfig 文件，下次编译的时候加载。这些 defconfig 文件放在 arch/chiparch/configs 下面：

所以在配置的时候，我们需要指定具体的 ARCH、Kernel 的 Kbuild 系统才能在对应的目录下找到你指定的 defconfig 文件。如果没有指定 ARCH、一般默认会去 x86 目录下去找。

因为 i.MX6、 i.MX7 是 Arm32 ，所以对应的 ARCH 为 arm，i.MX8 是 Arm64，所以对应的 ARCH 为 arm64.

另外需要说明一点的是，大家可以看到 arm 和 mips 目录下 defconfig 文件非常多，而比较新的一些架构，比如arm64，risc-v 目录下，只有唯一的一个 defconfig 文件，这和 Linux Kernel 目前的开发风格转变有关：不再鼓励大家提交一堆乱七八糟的 defconfig 文件，尽量只使用一个通用的 defconfig 文件，这里面尽量打开内核启动需要的模块，而对内核启动影响不大的模块，以模块的形式编译。在这个设计思想下，Arm32 下面有一个通用的 multi_v7_defconfig, Arm64 和 risc-v 对应的 defconfig 文件名都叫做 defconfig。所以如果现在你想为一个新的芯片提交它自己的 defconfig 文件到 mainline 分支，是不会被接受的，Linux 社区的 Maintainer 会告诉你，把你需要打开的特性加到通用的 defconfig 里面。

当然，我们在本地做开发的时候，一般不会这样玩，我们还是会根据自己的芯片和特定产品形态，创建独立的 defconfig 文件，这样方便深度裁剪。

这个配置文件是如何生成的呢？

我们一般在一个现有配置文件的基础上，根据产品需求，通过 make menuconfig 命令加减配置，然后再通过 make savedefconfig 命令生成新的配置文件：

比如我需要打开 drivers/gpu/drm/imx/dw_hdmi-imx.c 这个 HDMI 驱动，通过查看该 C 文件同目录下 Makefile，可以发现它依赖 DRM_IMX_HDMI 这个配置项：

make ARCH=arm menuconfig

对于对内核还不怎么熟悉的同学来说，如何找到 DRM_IMX_HDMI 这个配置的位置呢？别急，menuconfig 界面也是可以搜索关键字的：

按 / 键，就是 ? 下面那个键，会弹出下面的界面：

然后在选择框里面输入要查找的关键字，敲 Enter 就会出现结果：

这里只有一个匹配的选项，所以我们直接在键盘上按 1 键，就会跳到对应的选项开关处：

然后打开对应的选项即可，<*> 号表示直接编译进内核，<M> 表示以模块的方式编译，< > 则表示不编译。

按 ↑ ↓ 上下移动光标，按 ← → 光标在最下面左右移动。

配置完成后选 <Exit> 退出。这时候可以看到 DRM_IMX_HDMI 这个选项的配置已经生效了：

然后执行 make savedefconfig 命令，生成新的配置文件，并用该文件覆盖旧文件。

有人可能会疑问，为什么要用 make savedefconfig 来生成一个中间的 defconfig 文件呢，直接用 .config 去覆盖不是也可以吗？

答案是： make savedefconfig 命令生成的 defconfig 文件更精简，更易读。

编译内核
```
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
```
这是最通用的编译内核的命令，第一个告诉内核要编译 arm 架构，第二个参数指定用什么交叉编译工具去编译。编译成功的结果大概是这样的：

最终编译后的镜像是压缩过的 zImage。

同时所有的 dts 文件也会被编译成 dtb。

当然，如果为了编译的快，我们还可以启动并行编译，比如：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

就是同时有 8 个编译进程在运行，并行数目设置多少最合适，这个一般取决与你用来编译的电脑有多少 CPU，以及内存够不够大，一般数据可以设置的和 CPU 个数相等，或者 2 倍。

有人会说，为什么我看到的有些开发板的编译说明文档和这个不太一样，比如下面这个：

这是因为，部分厂家的Kernel，为了满足自己的固件升级设计，做了一些特殊的打包和修改，你虽然看到的编译命令不一样了，其实他们都是基于最基本的编译命令做的封装定制。

它在 Makefile 里面指定了 ARCH 和 CROSS_COMPILE, 所以make 的时候就不需要指定这两个参数了。

然后通过这个修改，当开发者执行 make xxx.img 这种模式的命令的时候，会自动编译 zImage，并通过mkkrnlimg 这个命令对 zImage 打包生成 kernel.img。并且对通过 resource_tool 这个命令对 dtb 也进行了打包。

Linux Kbuid 系统还执行很多其他的 make 命令，可以通过 make help 来查看：

编译 U-Boot

U-Boot 的编译步骤和 Linux Kernel 非常类似，也是两步：

make  mx6ull_14x14_evk_defconfig
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

唯一的差别是，U-Boot 在编译的时候不需要指定 ARCH 选项，这是 U-Boot 的编译系统相比 Linux Kbuid 的要给改进点。其实目前最新的 U-Boot 编译系统也是基于 Linux Kbuild 设计的，同样支持 make menuconfig 命令，有对应的 defconfig 文件，在 configs 目录下。

另外一个区别是，U-Boot 也有自己的 dtb，但是最终编译完的 U-Boot 会和 dtb 合并在一起。

编译遇到错误怎么办

我们在编译软件的时候，经常会遇到各种奇奇怪怪的报错，有些是软件本身有 Bug（对于 Linux Kernel、U-Boot 这类比较知名的开源项目，这种Bug 比较少见）、有些是因为编译环境里面缺少一些依赖工具(这种情况很常见)。

对于刚接触的新人来说，一条 make 命令敲下去，发现蹦出来一堆莫名其妙的错误，是很令人沮丧的。

但是不要怕，虽然你是新人，这也没关系，因为现在是互联网时代，对于那些广泛使用的开源项目，你踩到的坑基本都有很多人踩到过，而且这个世界有那么多乐于分享的人：他们遇到问题，勇敢的去分析，寻求解决方法，然后分享出来，他们是这个数字世界的热和光。

所以，如果你遇到一个自己能看得懂搞得定的问题，那很简单，直接去搞定即可，然后如果你乐意，能再写一篇分享心得就更好了。如果你遇到了一个像天书一样，自己完全看不懂的报错，也不要紧，最实用的解决方案就是：直接把这个错误复制出来，粘贴到你的搜索引擎里，点下下一步，开始搜索即可，一条条耐心的去看，一般运气都不会太差。

当然，搜索引擎的选择也是一门学问，如果你用到是百度，能搜到答案最好，如果搜不到，你还可以试试 Bing、Stackoverflow、Github、如果你能用 Google，那就更好了。

相信我，这个方法能解决你所遇到的大部分问题。

比如我在执行 make ARCH=arm imx_v7_defconfig 就提示 failed 了：