「正点原子Linux连载」第三十五章Linux内核顶层Makefile详解(二)

1）实验平台：正点原子Linux开发板
2）摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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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arm-linux-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
35.5.1 makexxx_defconfig过程第一次编译Linux之前都要使用"makexxx_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), $(MAKECMDGOALS)),)
496 dot-config :=0
497 endif
498 endif
499
500 ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
501 ifneq ($(filter config %config,$(MAKECMDGOALS)),)
502 config-targets :=1
503 ifneq ($(words $(MAKECMDGOALS)),1)
504 mixed-targets :=1
505 endif
506 endif
507 endif
508
509 ifeq ($(mixed-targets),1)
510 # =================================================================
511 # We're called with mixed targets (*config and build targets).
512 # Handle them one by one.
513
514 PHONY += $(MAKECMDGOALS) __build_one_by_one
515
516 $(filter-out __build_one_by_one, $(MAKECMDGOALS)): __build_one_by_one
517 @:
518
519 __build_one_by_one:
520 $(Q)set -e;
521for i in $(MAKECMDGOALS);do
522 $(MAKE)-f $(srctree)/Makefile $$i;
523 done
524
525else
526 ifeq ($(config-targets),1)
527 # ================================================================
528 # *config targets only - make sure prerequisites are updated, and
529 # descend in scripts/kconfig to make the *config target
530
531 # Read arch specific Makefile to set KBUILD_DEFCONFIG as needed.
532 # KBUILD_DEFCONFIG may point out an alternative default
533 # configuration used for'make defconfig'
534 include arch/$(SRCARCH)/Makefile
535 export KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG
536
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 $@
542
543else
......
563 endif # KBUILD_EXTMOD
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，"makexxx_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
35.5.2 Makefile.build脚本分析从上一小节可知，"makexxx_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 $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/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59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/$@ $(Kconfig)
目标%_defconfig与 xxx_defconfig匹配，所以会执行这条规则，将其展开就是：
%_defconfig: scripts/kconfig/conf
@ scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/arm/configs/%_defconfig Kconfig
%_defconfig依赖scripts/kconfig/conf，所以会编译scripts/kconfig/conf.c生成conf这个软件。此软件就会将%_defconfig中的配置输出到.config文件中，最终生成Linuxkernel根目录下的.config文件。
35.5.3 make过程使用命令"makexxx_defconfig"配置好Linux内核以后就可以使用"make"或者"makeall"命令进行编译。顶层Makefile有如下代码：
示例代码35.5.3.1 顶层Makefile代码段
125 PHONY := _all
126 _all:
......
192 PHONY += all
193 ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
194 _all: all
195else
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 $(filter-out arch/%,$(vmlinux-alldirs)) arch Documentation include samples scripts tools virt)
911
912 vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT)$(KBUILD_VMLINUX_MAIN)
913
914 # Final link of vmlinux
915 cmd_link-vmlinux = $(CONFIG_SHELL) $< $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_vmlinux)
916 quiet_cmd_link-vmlinux = LINK $@
917
918 # Include targets which we want to
919 # execute if the rest of the kernel build went well.
920 vmlinux: scripts/link-vmlinux.sh $(vmlinux-deps) FORCE
921 ifdef CONFIG_HEADERS_CHECK
922 $(Q)$(MAKE)-f $(srctree)/Makefile headers_check
923 endif
924 ifdef CONFIG_SAMPLES
925 $(Q)$(MAKE) $(build)=samples
926 endif
927 ifdef CONFIG_BUILD_DOCSRC
928 $(Q)$(MAKE) $(build)=Documentation
929 endif
930 ifdef CONFIG_GDB_SCRIPTS
931 $(Q)ln -fsn `cd $(srctree)&&/bin/pwd`/scripts/gdb/vmlinux-gdb.py
932 endif
933+$(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, $(core-y))
经过上述代码的转换，最终core-y的值为：
core-y = usr/built-in.o arch/arm/vfp/built-in.o
arch/arm/vdso/built-in.o arch/arm/kernel/built-in.o
arch/arm/mm/built-in.o arch/arm/common/built-in.o
arch/arm/probes/built-in.o arch/arm/net/built-in.o
arch/arm/crypto/built-in.o arch/arm/firmware/built-in.o
arch/arm/mach-imx/built-in.o kernel/built-in.o
mm/built-in.o fs/built-in.o
ipc/built-in.o security/built-in.o
crypto/built-in.o block/built-in.o
关于head-y 、init-y、core-y 、libs-y 、drivers-y和net-y这6个变量就讲解到这里。这些变量都是一些built-in.o或.a等文件，这个和uboot一样，都是将相应目录中的源码文件进行编译，然后在各自目录下生成built-in.o文件，有些生成了.a库文件。最终将这些built-in.o和.a文件进行链接即可形成ELF格式的可执行文件，也就是vmlinux！但是链接是需要连接脚本的，vmlinux的依赖arch/arm/kernel/vmlinux.lds就是整个Linux的链接脚本。
示例代码35.5.3.2第933行的命令"+$(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 '%sn''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 --pic-veneer --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 --no-undefined -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link-vmlinux.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
55if["${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}
59else
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，会有如图35.5.3.1所示的编译信息：


图35.5.3.1 link-vmlinux.sh链接vmlinux过程
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.s来完成的。接下来的问题就是这些子目录下的built-in.o、.a等文件又是如何编译出来的呢？
35.5.4 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是连接脚本，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"makezImage"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) $(lib-target)),)
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) $@)
335
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。
35.5.5 makezImage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，如图35.5.5.1所示：


图35.5.5.1 vmlinux信息
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左右如图35.5.5.2所示：


图35.5.5.2 Image镜像信息
相比vmlinux的16MB，Image缩小到了12MB。
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，如图35.5.5.3所示：


图35.5.5.3 zImage镜像信息
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"、"makeall"、"makezImage"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"makezImage"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。