imx6ull-系統移植篇17——linux頂層 Makefile（上）

前言

頂層 Makefile

源碼簡析

版本號

MAKEFLAGS 變量

命令輸出

靜默輸出

設置編譯結果輸出目錄

代碼檢查

模塊編譯

設置目標架構和交叉編譯器

調用 scripts/Kbuild.include 文件

交叉編譯工具變量設置

頭文件路徑變量

導出變量

make xxx_defconfig 過程

Makefile.build 腳本分析

scripts_basic 目標對應的命令

%config 目標對應的命令

前言

在移植linux內核之前，我們先來學習一下 Linux 內核的頂層 Makefile 文件，因為頂層 Makefile 控制著 Linux 內核的編譯流程。

頂層 Makefile

Linux 的頂層 Makefile 和 uboot 的頂層 Makefile 非常相似，感興趣的可以看下：U-Boot 頂層 Makefile 簡析。

源碼簡析

版本號

頂層 Makefile 一開始就是 Linux 內核的版本號，如下所示：

VERSION = 4
PATCHLEVEL = 1
SUBLEVEL = 15
EXTRAVERSION =

可以看出， Linux 內核版本號為 4.1.15。

MAKEFLAGS 變量

MAKEFLAGS 變量設置如下所示：

MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)

選項	作用
`-r`	??禁用內置規則??：取消Make預定義的隱式規則（如`.c.o`的自動編譯規則）
`-R`	??禁用內置變量??：忽略Make預定義的隱含變量（如`CC`,?`CFLAGS`等）
`--include-dir=$(CURDIR)`	??指定頭文件搜索路徑??：將當前目錄加入頭文件搜索路徑

命令輸出

Linux 編譯的時候也可以通過“V=1”來輸出完整的命令，這個和 uboot 一樣，相關代碼如下所示：

# 檢查變量V是否來自命令行參數
ifeq ("$(origin V)", "command line")KBUILD_VERBOSE = $(V)  # 如果通過make V=1調用，則繼承該值
endif# 設置默認詳細級別（未指定時默認為0）
ifndef KBUILD_VERBOSEKBUILD_VERBOSE = 0      # 默認關閉詳細輸出模式
endif# 根據詳細級別設置編譯行為
ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)quiet =                 # 空值表示顯示完整命令Q =                     # 空值取消命令隱藏
elsequiet = quiet_          # 前綴用于生成簡潔日志Q = @                   # @符號隱藏命令回顯
endif

靜默輸出

Linux 編譯的時候使用“make -s”就可實現靜默編譯，編譯的時候就不會打印任何的信息，同 uboot 一樣，相關代碼如下：

# 檢測Make版本是否為4.x系列
ifneq ($(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)),)  # make-4.x版本處理邏輯# 檢查MAKEFLAGS是否包含-s選項（靜默模式）ifneq ($(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS))),)quiet=silent_  # 啟用靜默模式輸出前綴endif
else  # make-3.8x版本處理邏輯# 兼容舊版本make的-s選項檢測ifneq ($(filter s% -s%,$(MAKEFLAGS)),)quiet=silent_  # 啟用靜默模式輸出前綴endif
endif# 導出關鍵變量到子make進程
export quiet Q KBUILD_VERBOSE

設置編譯結果輸出目錄

Linux 編譯的時候使用“O=xxx”即可將編譯產生的過程文件輸出到指定的目錄中，相關代碼如下：

# 檢查是否在源碼目錄內構建（KBUILD_SRC為空表示是）
ifeq ($(KBUILD_SRC),)# 當前直接在內核源碼目錄執行make# 檢測是否通過命令行參數O指定輸出目錄ifeq ("$(origin O)", "command line")KBUILD_OUTPUT := $(O)  # 使用用戶指定的輸出目錄路徑endif
endif

代碼檢查

Linux 也支持代碼檢查：

使用命令“make C=1”使能代碼檢查，檢查那些需要重新編譯的文件。
“make C=2”用于檢查所有的源碼文件。

頂層 Makefile 中的代碼如下：

# 檢查變量C是否來自命令行參數（如 make C=1）
ifeq ("$(origin C)", "command line")KBUILD_CHECKSRC = $(C)  # 繼承用戶指定的值
endif# 設置默認源碼檢查級別（未指定時默認為0）
ifndef KBUILD_CHECKSRCKBUILD_CHECKSRC = 0      # 默認關閉源碼檢查
endif

模塊編譯

Linux 允許單獨編譯某個模塊，使用命令“make M=dir”即可，舊語法“make SUBDIRS=dir”也是支持的。

頂層 Makefile 中的代碼如下：

# 處理外部模塊構建目錄指定方式（兩種兼容語法）
# 1. 老式語法：make ... SUBDIRS=$PWD
# 2. 新式語法：make M=dir
# 環境變量 KBUILD_EXTMOD 優先級最高
ifdef SUBDIRSKBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS)  # 兼容舊版SUBDIRS參數
endif# 檢查命令行是否指定M參數
ifeq ("$(origin M)", "command line")KBUILD_EXTMOD := $(M)  # 使用新式M參數指定模塊目錄
endif# 根據是否構建外部模塊設置默認構建目標
# 內部構建：依賴all目標
# 外部模塊構建：依賴modules目標
PHONY += all
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)_all: all       # 常規內核構建
else_all: modules   # 外部模塊構建
endif# 設置源碼樹路徑
ifeq ($(KBUILD_SRC),)# 在源碼目錄內構建srctree := .    # 源碼樹設為當前目錄
elseifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir $(CURDIR)))# 在源碼樹的子目錄構建srctree := ..  # 源碼樹設為上級目錄else# 完全外部構建srctree := $(KBUILD_SRC)  # 使用指定的源碼樹路徑endif
endif# 設置對象樹路徑（總是當前目錄）
objtree := .
src := $(srctree)    # 源碼路徑別名
obj := $(objtree)    # 構建路徑別名# 設置VPATH（Makefile搜索路徑）
# 包含源碼樹和外部模塊目錄（如果指定）
VPATH := $(srctree)$(if $(KBUILD_EXTMOD),:$(KBUILD_EXTMOD))# 導出關鍵路徑變量
export srctree objtree VPATH

外部模塊編譯過程和 uboot 也一樣，最終導出 srctree、 objtree 和 VPATH 這三個變量的值，其中 srctree=.，也就是當前目錄， objtree 同樣為“.”。

設置目標架構和交叉編譯器

同 uboot 一樣， Linux 編譯的時候需要設置目標板架構ARCH 和交叉編譯器 CROSS_COMPILE，在頂層 Makefile 中代碼如下：

ARCH ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

為了方便，一般直接修改頂層 Makefile 中的 ARCH 和 CROSS_COMPILE，直接將其設置為對應的架構和編譯器，比如本教程將 ARCH 設置為為 arm， CROSS_COMPILE 設置為 armlinux-gnueabihf-，如下所示：

ARCH ?= arm
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-

設置好以后我們就可以使用如下命令編譯 Linux 了：

make xxx_defconfig //使用默認配置文件配置 Linux
make menuconfig //啟動圖形化配置界面
make -j16 //編譯 Linux

調用 scripts/Kbuild.include 文件

同 uboot 一樣， Linux 頂層 Makefile 也會調用文件 scripts/Kbuild.include，

頂層 Makefile 相應代碼如下：

# We need some generic definitions (do not try to remake the file).
scripts/Kbuild.include: ;
include scripts/Kbuild.include

交叉編譯工具變量設置

頂層 Makefile 中其他和交叉編譯器有關的變量設置如下：

# 匯編器 (Assembler)
AS = $(CROSS_COMPILE)as      # 用于將匯編代碼編譯為目標文件# 鏈接器 (Linker)
LD = $(CROSS_COMPILE)ld      # 負責目標文件的鏈接和重定位# C編譯器 (C Compiler)
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc     # 主編譯工具，處理C語言源文件# 預處理器 (C Preprocessor)
CPP = $(CC) -E               # 只進行預處理不編譯（-E選項）# 靜態庫工具 (Archiver)
AR = $(CROSS_COMPILE)ar      # 創建和管理靜態庫(.a文件)# 符號表查看器 (Symbol Lister)
NM = $(CROSS_COMPILE)nm      # 列出目標文件的符號表# 二進制精簡工具 (Binary Stripper)
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip # 去除調試符號減小文件體積# 二進制轉換工具 (Object Copier)
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy # 轉換目標文件格式# 反匯編工具 (Object Dumper)
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump # 反匯編和調試信息提取

LA、 LD、 CC 等這些都是交叉編譯器所使用的工具。

頭文件路徑變量

頂層 Makefile 定義了兩個變量保存頭文件路徑： USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE，

相關代碼如下：

# 用戶空間頭文件包含路徑（UAPI接口）
USERINCLUDE := \-I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include/uapi \        # 架構特定UAPI頭文件-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \        # 生成的架構UAPI頭文件-I$(srctree)/include/uapi \                        # 通用UAPI頭文件-Iinclude/generated/uapi \                         # 生成的通用UAPI頭文件-include $(srctree)/include/linux/kconfig.h        # 強制包含kconfig頭文件# 內核空間頭文件包含路徑（兼容O=外部構建選項）
LINUXINCLUDE := \-I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include \            # 架構特定內核頭文件-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \        # 生成的架構UAPI頭文件（重復）-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated \            # 生成的架構私有頭文件$(if $(KBUILD_SRC), -I$(srctree)/include) \       # 外部構建時包含源碼樹頭文件-Iinclude \                                       # 當前構建目錄頭文件$(USERINCLUDE)                                    # 包含用戶空間路徑

LINUXINCLUDE變量，其中srctree=.， hdr-arch=arm， KBUILD_SRC 為空，因此，將 USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE 展開以后為：

USERINCLUDE := \
-I./arch/arm/include/uapi \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-I./include/uapi \
-Iinclude/generated/uapi \
-include ./include/linux/kconfig.hLINUXINCLUDE := \
-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

導出變量

頂層 Makefile 會導出很多變量給子 Makefile 使用，導出的這些變量如下：

# 內核版本信息導出（用于版本標識）
export VERSION PATCHLEVEL SUBLEVEL KERNELRELEASE KERNELVERSION# 基礎構建配置導出
export ARCH SRCARCH CONFIG_SHELL  # 架構和shell配置
export HOSTCC HOSTCFLAGS          # 主機工具鏈（用于構建host程序）
export CROSS_COMPILE              # 交叉編譯前綴（如arm-linux-gnueabi-）
export AS LD CC                   # 核心工具鏈（匯編器、鏈接器、編譯器）# 二進制工具集導出
export CPP AR NM STRIP OBJCOPY OBJDUMP  # 預處理器、靜態庫、符號表等工具# 腳本解釋器和工具
export MAKE AWK GENKSYMS INSTALLKERNEL  # make/awk/符號生成工具/內核安裝腳本
export PERL PYTHON                     # 腳本解釋器
export UTS_MACHINE                     # 機器標識符# 主機C++工具鏈（用于需要C++的構建步驟）
export HOSTCXX HOSTCXXFLAGS# 模塊構建專用參數
export LDFLAGS_MODULE  # 模塊鏈接參數# 代碼檢查工具
export CHECK CHECKFLAGS  # 靜態分析工具（如sparse）# 預處理和包含路徑
export KBUILD_CPPFLAGS NOSTDINC_FLAGS LINUXINCLUDE  # 預處理標志和頭文件路徑# 二進制工具參數
export OBJCOPYFLAGS LDFLAGS  # objcopy和鏈接器參數# C編譯器標志集
export KBUILD_CFLAGS          # 全局C標志
export CFLAGS_KERNEL         # 內核核心編譯標志
export CFLAGS_MODULE         # 模塊編譯標志
export CFLAGS_GCOV           # GCOV覆蓋率測試標志
export CFLAGS_KASAN          # KASAN內存檢測標志# 匯編器標志集
export KBUILD_AFLAGS         # 全局匯編標志
export AFLAGS_KERNEL         # 內核核心匯編標志
export AFLAGS_MODULE         # 模塊匯編標志# 模塊構建專用標志
export KBUILD_AFLAGS_MODULE KBUILD_CFLAGS_MODULE KBUILD_LDFLAGS_MODULE# 內核核心構建專用標志
export KBUILD_AFLAGS_KERNEL KBUILD_CFLAGS_KERNEL# 靜態庫工具參數
export KBUILD_ARFLAGS  # ar命令參數

make xxx_defconfig 過程

第一次編譯 Linux 之前都要使用“make xxx_defconfig”先配置 Linux 內核，在頂層 Makefile中有“%config”這個目標，如下所示：

# 初始化構建模式標志
config-targets := 0    # 是否為配置目標（如menuconfig）
mixed-targets := 0     # 是否混合了配置和編譯目標
dot-config := 1        # 是否需要讀取.config文件# 檢查是否需要忽略.config（針對clean/mrproper等目標）
ifneq ($(filter $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)ifeq ($(filter-out $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)dot-config := 0  # 當只有clean類目標時禁用.config依賴endif
endif# 檢測配置類目標（僅在內核構建時檢查）
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)ifneq ($(filter config %config,$(MAKECMDGOALS)),)config-targets := 1  # 標記為配置目標ifneq ($(words $(MAKECMDGOALS)),1)mixed-targets := 1  # 多個目標混合時標記endifendif
endif# 混合目標處理（如 make menuconfig all）
ifeq ($(mixed-targets),1)PHONY += $(MAKECMDGOALS) __build_one_by_one# 將目標重定向到順序執行$(filter-out __build_one_by_one, $(MAKECMDGOALS)): __build_one_by_one@:  # 空命令# 逐個目標執行__build_one_by_one:$(Q)set -e; \for i in $(MAKECMDGOALS); do \$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile $$i; \done# 純配置目標處理（如 make menuconfig）
else ifeq ($(config-targets),1)# 包含架構相關配置include arch/$(SRCARCH)/Makefileexport KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG# 處理config類目標config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@%config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@# 常規構建目標處理
else# [常規構建流程...]
endif

這段代碼里，最開始是設置定義變量 config-targets、 mixed-targets 和 dot-config的值，最終這三個變量的值為：

config-targets= 1
mixed-targets= 0
dot-config= 1

因此會引用 arch/arm/Makefile 這個文件，這個文件很重要，因為 zImage、 uImage 等這些文件就是由 arch/arm/Makefile 來生成的。

“make xxx_defconfig”與目標“%config”匹配，因此執行。

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@

“%config”依賴scripts_basic、 outputmakefile 和 FORCE，“%config”真正有意義的依賴就只有 scripts_basic。

?scripts_basic 的規則如下：

scripts_basic:
$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic
$(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount

其中，build 定義在文件 scripts/Kbuild.include 中，值為：

build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj

因此?scripts_basic展開為：

scripts_basic:
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic //也可以沒有@，視配置而定
@rm -f . tmp_quiet_recordmcount //也可以沒有@

所以目標“%config”代入scripts_basic的值，展開為：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

Makefile.build 腳本分析

我們現在已經知道：“ make xxx_defconfig“配置 Linux 的時候如下兩行命令會執行腳本scripts/Makefile.build：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

scripts_basic 目標對應的命令

打開文件 scripts/Makefile.build，有如下代碼：

# Kbuild文件優先級高于Makefile
# 確定子目錄路徑（支持絕對路徑和相對路徑）
kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))# 確定構建規則文件名（優先查找Kbuild，不存在則用Makefile）
kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)# 包含找到的構建規則文件
include $(kbuild-file)

其中：將 kbuild-dir、kbuild-file都展開代入：

kbuild-dir =./scripts/basic
kbuild-file = ./scripts/basic/Makefile
include ./scripts/basic/Makefile

繼續分析 scripts/Makefile.build，如下代碼：

# 默認構建目標（通過__build偽目標實現）
__build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \$(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \$(subdir-ym) $(always)@:  # 空命令（實際工作由依賴項完成）

__build 是默認目標，在頂層 Makefile 中， KBUILD_BUILTIN 為 1， KBUILD_MODULES 為空，因此展開后目標__build 為：

__build:$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) $(subdir-ym) $(always)@:

可以看出目標__build 有 5 個依賴： builtin-target、 lib-target、 extra-y、 subdir-ym 和 always。這 5 個依賴的具體內容如下：

builtin-target =
lib-target =
extra-y =
subdir-ym =
always = scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c

只有 always 有效，因此__build 最終為：

__build: scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c@:

__build 依賴于 scripts/basic/fixdep 和 scripts/basic/bin2c，所以要先將 scripts/basic/fixdep 和scripts/basic/bin2c.c 這兩個文件編譯成 fixdep 和 bin2c。

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic

綜上所述， scripts_basic 目標的作用就是編譯出 scripts/basic/fixdep 和 scripts/basic/bin2c 這兩個軟件。

%config 目標對應的命令

%config 目標對應的命令為：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

此命令會使用到的各個變量值如下：

src= scripts/kconfig
kbuild-dir = ./scripts/kconfig
kbuild-file = ./scripts/kconfig/Makefile
include ./scripts/kconfig/Makefile

可以看出， Makefile.build 會讀取 scripts/kconfig/Makefile 中的內容，

此文件有如下所示內容：

 %_defconfig: $(obj)/conf$(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@
$(Kconfig)

目標%_defconfig 與 xxx_defconfig 匹配，所以會執行這條規則，將其展開就是：

%_defconfig: scripts/kconfig/conf
@ scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/arm/configs/%_defconfig Kconfig

_defconfig依賴scripts/kconfig/conf，所以會編譯scripts/kconfig/conf.c生成conf 這個軟件。

此軟件就會將%_defconfig 中的配置輸出到.config 文件中，最終生成 Linux kernel 根目錄下的.config 文件。

我們下一講內容再來說明make 過程、built-in.o 文件編譯生成過程、make zImage 過程。