Linux内核裁剪和定制_1.1

1.1 Linux 内核开发简介
    这里所说的“ Linux 内核开发”仅仅是指嵌入式 Linux 产品开发中内核和驱动相关开发
    工作，与 Linus 所领导的内核开发团队的内核开发有很大不同。
    产品开发中对内核进行二次开发， 需要开发人员具备如下一些基本技能和背景知识：
    a. 具备操作系统的基本知识，理解操作系统原理，最好了解 Linux 操作系统；
    b. 内核绝大部分都是 C 语言编写的， C 语言是必备技能；
    c. 内核是用 GNU C 编写的，尽管符合 ISO C89 标准，但还是使用了一些 GNU 扩展，
    所以对 GNU C 的一些扩展也必须有所了解；
    d. 对 Linux 内核源码基本分布有大致了解；
    e. 产品级的内核开发通常还包括一些内核驱动工作，对外设工作原理和驱动编写也必
    须有一定的了解。

1.2 Linux 源码阅读工具
1.2.1 Source Insight
    Source Insight 是 Windows 平台下一款流行度极高的源码阅读和编辑工具。不少 Linux
    开发人员还是习惯于在 Windows 下进行源码编辑，甚至查看和编辑 Linux 内核源码，依然
    在 Source Insight 中完成。

1.2.2 Eclipse
    Eclipse 是一个跨平台 IDE，既能运行于 Windows 平台，也能在 Linux 下运行。不少习
    惯于图形界面操作的开发人员，在 Linux 下则习惯于用 Eclipse 来查看和编辑 Linux 源码。
    如果仅仅是在 Eclipse 中查看 Linux 内核源码，则可以不必事先安装交叉编译器， 否则
    则须事先安装好交叉编译器。
    
1.2.3 vim+ctags+cscope
    Vi/Vim 是一个文本编辑器，在 Vim 中能高效的实现代码编辑。但 Vim 的功能不仅仅是
    一个文本编辑器，借助 ctags 和 cscope 的配合， Vim 能实现堪比图形 IDE 环境的源码编辑和
    阅读功能，在某种程度上甚至比图形 IDE 更方便。
    
1.2.4 LXR
    LXR 是 Linux Cross Referencer 的缩写，是一个比较流行的 Linux 源码查看工具，当然
    也不仅仅局限于查看 Linux 源码。 LXR 的下载地址为： ，参考该网站
    的安装说明，很容易在本机搭建一个本地 LXR 用于源码查看。
    
1.3 Linux 内核源码
1.3.1 目录树概览
    解压 Linux 内核源码压缩包，将得到内核源码。内核源码很复杂，包含多级目录，形成
    一个庞大的树状结构，通常称为 Linux 源码目录树。

1.3.2 快速确定主板关联代码
    拿到一份源码和一块评估板， 如何快速找到与这块板相关的源码，是很多研发人员都曾
    遇到过的问题。如果对内核源码结构有大概了解，要完成这些事情也不难，通常可按照基础
    代码、驱动代码和其它代码等方面来梳理。
    
    1． 基础代码
    Linux 移植通常分为体系结构级别移植(arm)、处理器级别移植(arm920t)和板级移植(smdk2440开发板)，
    各级别移植难易程度差异很大，工作量和调试方式也各不相同。一般的产品开发人员所进行的内核移植，通
    常都是板级移植，这是几个级别中最简单的。
    从代码层面来看，通常把能让一个主板最小系统能运行的代码称为基础代码，这部分代
    码通常包含体系结构移植代码、处理器核心代码以及板级支持包的部分代码。理清了这部分
    代码，对于了解和掌握整个主板相关代码具有重要意义。
    
    确定主板名称和默认配置文件。
        例如，对于 EPC-28x 工控板，其对应的默认内核配置
        文件为。 通常来说，一个评估板的内核默认配置文
        件名称与评估板的名称相同或者有关联。确定了配置文件后，可用任何文本编辑器打开该配
        置文件，可以对配置的选项进行查看；或者进行 make menuconfig 配置，进入配置界面查看。
    
    确定对应的主板文件。
        在 ARM Linux 移植代码中，每个评估板通常都有一个对应的主
        板文件，在目录下。大多数主板文件都以“ board-”开头，采用
        “ board-xxx.c”这样的文件名，例如；也有以
        “ mach-”开头的，如。通常来说，一个评估板的主板
        文件名称与评估板的名称相同或者有关联。
        
    如果遇到名称特征不是很明显，不能确定的情况：
        则建议打开默认配置文件【就是.config文件】，找到
        “ CONFIG_MACH_XXX=y”这一行，确定主板对应的配置开关变量。然后打开
        文件，根据配置开关变量来确定主板文件。例如
        文件中有如下内容：
        # Intel/Marvell Dev Platforms
        obj-$(CONFIG_ARCH_LUBBOCK) += lubbock.o
        obj-$(CONFIG_MACH_MAINSTONE) += mainstone.o
        obj-$(CONFIG_MACH_ZYLONITE300) += zylonite.o zylonite_pxa300.o
        可以看到， 这几个主板文件命名都既不是以“ board-”开头，也不是以“ mach-”开头，
        对于这种情况，通过 Makefile 文件来确定一下是比较好的做法。特别是对于主板开关变量
        对应非单一文件的，更需要查看 Makefile 来确定关联文件，否则有可能遗漏某个文件，造
        成代码阅读理解上的障碍。如 CONFIG_MACH_ZYLONITE300 对应着 zylonite.c 和 zylonite
        _pxa300.c 两个 C 文件。
        
2． 驱动代码
    Linux 内核源码中接近一半的代码量是驱动，对某一个特定主板的系统而言，驱动也占
    据很大的比例，底层开发的很大一部分是驱动相关工作。掌握从众多驱动中找到正确的驱动
    源码文件，并根据产品的实际需求进行修改调整的方法，能有效促进产品开发的进度。
    Linux 内核源码树 drivers 目录很复杂，包含了各种外设的驱动。对嵌入式 Linux 开发而
    言，通常需要关注的目录如表 1.2 所列。
    
    表 1.2 常见驱动目录
    目录                           说明
    ------------------------------------------------------------------------------------------
    drivers/gpio          系统 GPIO 子系统和驱动目录，包括处理器内部 GPIO 以及外扩 GPIO 驱动。
                          遵循 GPIO 子系统的驱动，可通过/sys/class/gpio 进行访问
    drivers/hwmon         硬件监测相关驱动，如温度传感器、风扇监测等
    drivers/i2c           I2C子系统驱动。各 I2C 控制器的驱动在 i2c/busses 目录下
    drivers/input         输入子系统驱动目录
    
    drivers/input/keyboard        非HID键盘驱动，如GPIO键盘、矩阵键盘等
    drivers/input/touchscreen     触摸屏驱动，如处理器的触摸屏控制器驱动、外扩串行触摸屏控制器驱动、串口
                                  触摸屏控制器驱动等

    drivers/leds         LED 子系统和驱动，如 GPIO 驱动的 LED。遵循 LED 子系统的驱动 ，可通过/sys/class/leds 进行访问
    drivers/mfd          多功能器件驱动。如果一个器件能做多种用途，通常需要借助 MFD 来完成。例如 am3352 的 adc 接口，
                         可同时做 adc 和触摸屏控制器，所以需要实现 MFD 接口驱动

    drivers/misc         杂项驱动。特别需要关注目录，提供了i2c和spi接口的
                         EEPROM 驱动范例，所驱动的设备可通过/sys 系统访问
    drivers/mmc          sd/mmc卡驱动目录
    drivers/mtd          MTD子系统和驱动，包括NAND、oneNAND等。注意，UBI的实现也在MTD中
    drivers/mtd/nand     NAND FALSH的MTD驱动目录，包括NAND的基础驱动和控制器接口驱动
    drivers/net          网络设备驱动，包括MAC、PHY、CAN、USB网卡、无线、PPP协议等
    drivers/net/can      CAN设备驱动。 Linux 已经将 CAN 归类到网络中，采用 socket_CAN 接口
    drivers/net/ethernet    所支持的 MAC 驱动。常见厂家的 MAC 驱动都能找到，如 broadcom、 davicom、
                            marvell、 micrel、 smsc 等厂家的 MAC，处理器自带 MAC 的驱动也在该目录下
    drivers/net/phy         PHY 驱动，像 marvell、 micrel 和 smsc 的一些 PHY 驱动
    drivers/rtc             RTC 子系统和 RTC 芯片驱动
    drivers/spi SPI         子系统和 SPI 控制器驱动，含 GPIO 模拟 SPI 的驱动
    drivers/tty             TTY 驱动
    drivers/tty/serial      串口驱动，包括 8250 串口以及各处理器内部串口驱动实现
    drivers/uio             用户空间 IO 驱动
    drivers/usb             USB 驱动，包括 USB HOST、 Gadget、 USB 转串口以及 OTG 等支持
    drivers/video           Video 驱动，包括 Framebuffer 驱动、显示控制器驱动和背光驱动等。有的移植
                            代码会将液晶屏配置通放在显卡控制器驱动目录下，例如 omap2 系列的 LCD 配
                            置代码在目录下
    drivers/video/backlight     背光控制驱动
    drivers/video/logo          Linux 内核启动 LOGO 图片目录
    drivers/watchdog            看门狗驱动，包括软件看门狗和各种硬件看门狗驱动实现
    
    熟悉各类驱动在源码树中的大概位置，能帮助在开发过程中快速进行驱动源码查找和定
    位。一个系统到底用了哪些代码，与系统本身外设相关，也与主板配置文件相关。
    
3．其它代码
    还有一些代码是系统必须的代码，但在实际开发过程中通常很少需要进行关注，例如文
    件系统的实现代码、 网络子系统的实现代码等。对这部分代码和主板的关联性，建议根据配
    置文件来确认。
    
1.4 Linux 内核中的 Makefile 文件
    本节不对内核的 Makefile 文件进行深入展开，更多语法和说明请阅读:
     文件。
    
    1.4.1 顶层 Makefile
        源码目录树顶层 Makefile 是整个内核源码管理的入口，对整个内核的源码编译起着决
        定性作用。编译内核时，顶层 Makefile 会按规则递归历遍内核源码的所有子目录下的
        Makefile 文件，完成各子目录下内核模块的编译。
        
        1． 内核版本号
        打开顶层 Makefile，开头的几行记录了内核源码的版本号，通常如下所示：
            VERSION = 2
            PATCHLEVEL = 6
            SUBLEVEL = 35
            EXTRAVERSION =3
        说明代码版本为 2.6.35.3，编译得到的内核在目标板运行后，输入 uname -a 命令可以得到印证：
        # uname -a  （注意：这个是在目标板上运行的内核。）
            Linux boy 2.6.35.3-571-gcca29a0-gd431b3d-dirty #22 PREEMPT Tue Oct 27 20:12:33 CST 2015 armv5tejl
            GNU/Linux    
        
        2． 编译控制
        （ 1）体系结构
        Linux 是一个支持众多体系结构的操作系统，在编译过程中需指定体系结构，以与实际
        平台对应。在顶层 Makefile 中，通过变量 ARCH 来指定：
        ARCH ?= $(SUBARCH)
        如果没有在编译命令行中指定 ARCH 参数，系统将会进行本地编译，通过获取本机信
        息来自动指定：
            SUBARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ \
            -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/ \
            -e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ \
            -e s/ppc.*/powerpc/ -e s/mips.*/mips/ \
            -e s/sh[234].*/sh/ )
        如果进行 ARM 嵌入式 Linux 开发，则必须指定 ARCH 为 arm（ 注意大小写，须与 arch/
        目录下的 arm 一致），如：
        $ make ARCH=arm
        当然，也可以修改 Makefile，将修改为 ARCH ?= $(SUBARCH)修改为 ARCH = arm，在
        命令行直接 make 即可。
        
        （ 2）编译器
        如果不是进行本地编译，则须指定交叉编译器，通过 CROSS_COMPILE来指定。Makefile
        中与交叉编译器的指定如下：
            CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
            ……
            AS = $(CROSS_COMPILE)as
            LD = $(CROSS_COMPILE)ld
            CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
            CPP = $(CC) –E
            AR = $(CROSS_COMPILE)ar
            NM = $(CROSS_COMPILE)nm
            STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
            OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
            OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
            
        CONFIG_CROSS_COMPILE 是一个配置选项，可在内核配置时候指定。如果在配置内
        核时候没有指定 CONFIG_CROSS_COMPILE，也没有在编译参数指定CROSS_COMPILE，
        则会采用本地编译器进行编译。
        
        进行 ARM 嵌入式 Linux 开发，必须指定交叉编译器，可以在内核配置通过 CONFIG
        _CROSS_COMPILE 指定交叉编译器，也可以通过 CROSS_COMPILE 指定。假定使用的交
        叉编译器是 arm-linux-gnueabihf-gcc，则指定 CROSS_COMPILE 为 arm-linux-gnueabihf-：
        $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE= arm-linux-gnueabihf-

        或者在 Makefile 中，直接指定 CROSS_COMPILE 的值：
        CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf-
        
        注意：CROSS_COMPILE 指定的交叉编译器必须事先安装并正确设置系统环境变量；
        如果没有设置环境变量，则需使用绝对地址，例如：
        CROSS_COMPILE =/home/ctools/linux-devkit/bin/arm-linux-gnueabihf-
        如果同时指定了 ARCH 和 CROSS_COMPILE， 则在编译的时候， 只需简单的 make 就
        可以了。
        
    1.4.2 子目录的 Makefile
        在内核源码的子目录中，几乎每个子目录都有相应的 Makefile 文件，管理着对应目录
        下的代码。对该目录的文件或者子目录的编译控制，
        Makefile 中有两种表示方式，一种是默认选择编译，用 obj-y 表示，如：
            obj-y += usb-host.o       # 默认编译 usb-host.c 文件
            obj-y += gpio/            # 默认编译 gpio 目录
            
        另一种表示则与内核配置选项相关联，编译与否以及编译方式取决于内核配置，例如：
            obj-$(CONFIG_WDT) += wdt.o         # wdt.c 编译控制
            obj-$(CONFIG_PCI) += pci/          # pci 目录编译控制
            
        是否编译 wdt.c 文件，或者以何种方式编译，取决于内核配置后的变量 CONFIG_WDT
        值：如果在配置中设置为[*]，则静态编译到内核，如果配置为[M]，则编译为 wdt.ko 模块，
        否则不编译。
        
        说明：受控目标是一个目录， obj-y 并不直接决定受控目录的文件以及子目录的文件，
        仅仅是与受控目录 Makefile 交互，实际编译控制在受控子目录的 Makefile 中。例如“ obj-y
        += gpio/”，最终 gpio 目录下哪些文件被编译，完全取决于 gpio 目录下的 Makefile。
        “ obj-$(CONFIG_PCI) += pci/” 的含义同理。
        
1.5 Linux 内核中的 Kconfig 文件
    本节不对内核的 Kconfig 文件进行深入展开，更多 Kconfig 语法和说明请阅读：
        

    内核源码树每个目录下都还包含一个 Kconfig 文件，用于描述所在目录源代码相关的内
    核配置菜单，各个目录的 Kconfig 文件构成了一个分布式的内核配置数据库。通过 make
    menuconfig（ make xconfig 或者 make gconfig）命令配置内核的时候，从 Kconfig 文件读取菜
    单，配置完毕保存到文件名为.config 的内核配置文件中，供 Makefile 文件在编译内核时使
    用。
    
    具体的语法参考相关的书籍。