Linux模塊文件如何編譯到內(nèi)核和獨(dú)立編譯成模塊？
很多粉絲在群里提問，如何把一個(gè)模塊文件編譯到內(nèi)核中或者獨(dú)立變異成ko文件。本文給大家詳解講解。
1. 內(nèi)核目錄
Linux內(nèi)核源代碼非常龐大，隨著版本的發(fā)展不斷增加。它使用目錄樹結(jié)構(gòu)，并且使用Makefile組織配置、編譯。
初次接觸Linux內(nèi)核，好仔細(xì)閱讀頂層目錄的readme文件，它是Linux內(nèi)核的概述和編譯命令說明。readme的說明側(cè)重于X86等通用的平臺(tái)，對(duì)于某些特殊的體系結(jié)構(gòu)，可能有些特殊的說明。
頂層目錄的Makefile是整個(gè)內(nèi)核配置編譯的核心文件，負(fù)責(zé)組織目錄樹中子目錄的編譯管理，還可以設(shè)置體系結(jié)構(gòu)和版本號(hào)等。
內(nèi)核源碼的頂層有許多子目錄，分別組織存放各種內(nèi)核子系統(tǒng)或者文件。具體的目錄說明如下表所示。
2. 編譯工具
1.make mrproper: 清除內(nèi)核生成的配置文件與目標(biāo)文件等，一般在第一次編譯時(shí)使用
2.導(dǎo)入默認(rèn)配置信息(在內(nèi)核根目錄中)
- a) make xxx_deconfig
- b) cp arch/arm/configs/xx_deconfig .config
- 生成默認(rèn)配置文件
3.配置命令
- make xxxxconfig 修改配置文件
- make xconfig (圖形界面 qt庫)
- make menuconfig (常用 libncurses庫)
- sudo apt-get install libncurses5-dev
- make config (精簡(jiǎn))
4.編譯內(nèi)核
- make uImage ---生成內(nèi)核鏡像 /arch/arm/boot/uImage
5.編譯設(shè)備樹
- make dtbs ---生成設(shè)備樹文件 /arch/arm/boot/dtb/xxxxxx.dtb
6.編譯生成模塊文件
- make modules ---把配置值選成M的代碼編譯生成模塊文件。（.ko) 放在對(duì)應(yīng)的源碼目錄下。
3. 內(nèi)核編譯
現(xiàn)在很多基于Linux的產(chǎn)品開發(fā)，通常廠家都會(huì)提供集成開發(fā)環(huán)境SDK。builroot使我們搭建環(huán)境變得更加方便，但是作為初學(xué)者我們還是要掌握如何獨(dú)立編譯內(nèi)核源碼。
0) 前提條件
必須先安裝交叉編譯工具鏈，關(guān)于交叉編譯工具鏈的安裝可以參考 《linux環(huán)境搭建-ubuntu16.04安裝》
在這里我們使用的是arm-none-linux-gnueabi-gcc。
1)下載內(nèi)核源碼
下載地址：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/
我們下載Linux-3.14內(nèi)核(可以是更高的版本)至/home/peng目錄。
或者直接點(diǎn)擊下面鏈接 https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.14.10.tar.xz
解開壓縮包，并進(jìn)入內(nèi)核源碼目錄，具體過程如下：
- $ tar xvf linux-3.14.tar.xz
- $ cd linux-3.14
2)修改內(nèi)核目錄樹根下的Makefile，指明交叉編譯器：
- $ vim Makefile
找到ARCH和CROSS_COMPILE， 修改：
- ARCH ?= $(SUBARCH)
- CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
為
- ARCH ?= arm
- CROSS_COMPILE ?= arm-none-linux-gnueabi-
3)配置內(nèi)核產(chǎn)生.config文件：
導(dǎo)入默認(rèn)配置
- $ make exynos_defconfig
這里我們假定要編譯的內(nèi)核最終在三星的板子上運(yùn)行，soc名字是exynos，三星公司其實(shí)已經(jīng)將自己的配置文件放置在 ./arch/arm/configs/exynos_defconfig
執(zhí)行這個(gè)命令，最終會(huì)在內(nèi)核根目錄下生成.config文件，
我們編譯內(nèi)核就完全依賴這個(gè)文件。該文件是exynos開發(fā)板所需要的一些內(nèi)核模塊宏定義和參數(shù)設(shè)置，這些值是廠商給的一個(gè)初始配置。實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，需要在這個(gè)配置文件基礎(chǔ)之上再重新移植自己需要的對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊。
4)配置內(nèi)核模塊
輸入內(nèi)核配置命令，進(jìn)行內(nèi)核選項(xiàng)的選擇，命令如下：
- $ make menuconfig
命令執(zhí)行成功以后，會(huì)看到如下圖所示的界面。其實(shí)我們?cè)趫D1.5中看到過同樣功能的界面，那個(gè)圖也是內(nèi)核選項(xiàng)配置界面，只不過那個(gè)界面在X-window下才能執(zhí)行。
其中：
1.子菜單--->
表示有子菜單，按下回車可以進(jìn)入子菜單。
2.中括號(hào)[] 在每一個(gè)選項(xiàng)前都有個(gè)括號(hào)，有的是中括號(hào)，有的是尖括號(hào)，還有的是圓括號(hào)。
[] 表示該選項(xiàng)只有兩種選項(xiàng)，中括號(hào)中要么是空，要么是“*”;
用空格鍵可以做出選擇。
3.尖括號(hào)<>
<>選擇相應(yīng)的配置時(shí)，有3種選擇，它們代表的含義分別如下。
- ● *：將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核。
- ● 空：不將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核。
- ● M：將該功能編譯成可以在需要時(shí)動(dòng)態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊。
4.模塊配置圓括號(hào)() 而圓括號(hào)的內(nèi)容是要你在所提供的幾個(gè)選項(xiàng)中選擇一項(xiàng)。
如果使用的是make xconfig，使用鼠標(biāo)就可以選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)。如果使用的是make menuconfig，則需要使用回車鍵進(jìn)行選取。
在編譯內(nèi)核的過程中，麻煩的事情就是配置這步工作了。初次接觸Linux內(nèi)核的開發(fā)者往往弄不清楚該如何選取這些選項(xiàng)。
實(shí)際上，在配置時(shí)，大部分選項(xiàng)可以使用其默認(rèn)值，只有小部分需要根據(jù)用戶不同的需要選擇。
選擇的原則是將與內(nèi)核其他部分關(guān)系較遠(yuǎn)且不經(jīng)常使用的部分功能代碼編譯成為可加載模塊，這有利于減小內(nèi)核的長(zhǎng)度，減少內(nèi)核消耗的內(nèi)存，簡(jiǎn)化該功能相應(yīng)的環(huán)境改變時(shí)對(duì)內(nèi)核的影響;不需要的功能就不要選;與內(nèi)核關(guān)系緊密而且經(jīng)常使用的部分功能代碼直接編譯到內(nèi)核中。
5)編譯內(nèi)核：
- root@ubuntu:/home/peng/linux-3.14# make uImage
uImage
如果按照默認(rèn)的配置，沒有改動(dòng)的話，編譯后系統(tǒng)會(huì)在arch/arm/boot目錄下生成一個(gè)uImage文件，這個(gè)文件就是剛剛生成的。
6)下載Linux內(nèi)核
因?yàn)椴煌陌遄訉?duì)應(yīng)的uboot版本都不一樣，所以下載程序的uboot命令也會(huì)有所差異，關(guān)于驗(yàn)證，本文暫不討論。
4. 獨(dú)立驅(qū)動(dòng)程序的編譯
1. 編譯成獨(dú)立模塊
假定我們有以下驅(qū)動(dòng)程序,要編譯成可以加載到開發(fā)板的獨(dú)立ko文件
hello.c
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/kdev_t.h>
- #include <linux/fs.h>
- #include <linux/cdev.h>
- //#include <io/uaccess.h>
- #include <linux/device.h>
- #include <asm/io.h>
- #include <asm/uaccess.h>
- static int major = 237;
- static int minor = 0;
- static dev_t devno;
- struct device *class_dev = NULL;
- struct class *cls;
- static int hello_open (struct inode *inode, struct file *filep)
- {
- printk("hello_open()\n");
- return 0;
- }
- static int hello_release (struct inode *inode, struct file *filep)
- {
- printk("hello_release()\n");
- return 0;
- }
- #define KMAX_LEN 32
- char kbuf[KMAX_LEN+1] = "kernel";
- //read(fd,buff,40);
- static ssize_t hello_read (struct file *filep, char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)
- {
- int error;
- if(size > strlen(kbuf))
- {
- size = strlen(kbuf);
- }
- if(copy_to_user(buf,kbuf, size))
- {
- error = -EFAULT;
- return error;
- }
- return size;
- }
- //write(fd,buff,40);
- static ssize_t hello_write (struct file *filep, const char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)
- {
- int error;
- if(size > KMAX_LEN)
- {
- size = KMAX_LEN;
- }
- memset(kbuf,0,sizeof(kbuf));
- if(copy_from_user(kbuf, buf, size))
- {
- error = -EFAULT;
- return error;
- }
- printk("%s\n",kbuf);
- return size;
- }
- static struct file_operations hello_ops =
- {
- .open = hello_open,
- .release = hello_release,
- .read = hello_read,
- .write = hello_write,
- };
- static int hello_init(void)
- {
- int result;
- printk("hello_init \n");
- result = register_chrdev( major, "hello", &hello_ops);
- if(result < 0)
- {
- printk("register_chrdev fail \n");
- return result;
- }
- cls = class_create(THIS_MODULE, "hellocls");
- if (IS_ERR(cls)) {
- printk(KERN_ERR "class_create() failed for cls\n");
- result = PTR_ERR(cls);
- goto out_err_1;
- }
- devno = MKDEV(major, minor);
- class_dev = device_create(cls, NULL, devno, NULL, "hellodev");
- if (IS_ERR(class_dev)) {
- result = PTR_ERR(class_dev);
- goto out_err_2;
- }
- return 0;
- out_err_2:
- class_destroy(cls);
- out_err_1:
- unregister_chrdev(major,"hello");
- return result;
- }
- static void hello_exit(void)
- {
- printk("hello_exit \n");
- device_destroy(cls, devno);
- class_destroy(cls);
- unregister_chrdev(major,"hello");
- return;
- }
- module_init(hello_init);
- module_exit(hello_exit);
- MODULE_LICENSE("GPL");
- //proc/devices
注意我們需要編寫Makefile如下：
- ifneq ($(KERNELRELEASE),)
- obj-m:=hello.o
- else
- KDIR :=/home/peng/linux-3.14
- PWD :=$(shell pwd)
- all:
- make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
- clean:
- rm -f *.ko *.o *.mod.o *.symvers *.cmd *.mod.c *.order
- endif
關(guān)于Makefile的詳解，大家可以參考我們之前的文章 《手把手教Linux驅(qū)動(dòng)1-模塊化編程》 其中內(nèi)核路徑：
- KDIR :=/home/peng/linux-3.14
必須是我們剛才編譯過的內(nèi)核源碼根目錄。
編譯時(shí)，程序可以放到其他目錄下：
用file命令查看文件屬性，是基于ARM的。該模塊文件就是與前面編譯的內(nèi)核配套的驅(qū)動(dòng)模塊，如果開發(fā)板的內(nèi)核版本與上面編譯的版本號(hào)一致，那么該模塊文件就可以在開發(fā)板上insmod。
2. 編譯到內(nèi)核
步驟：
1)拷貝文件 如果要將剛才的驅(qū)動(dòng)程序直接編譯到內(nèi)核，那么我們必須把hello.c拷貝到內(nèi)核的某個(gè)目錄下。
字符設(shè)備可以考慮放到以下目錄：
- linux-3.14/drivers/char
2)修改Makefile
- root@ubuntu:/home/peng/linux-3.14/drivers/char# vim Makefile
修改如下：
該行內(nèi)容是根據(jù)宏CONFIG_HELLO來決定是否編譯hello.c這個(gè)文件。
3)修改Kconfig
7 HELLO 取前面步驟CONFIG_HELLO下劃線后面的字符串 8 tristate 表示該模塊最終有3個(gè)選項(xiàng) 空 * M 9 表示該模塊依賴的模塊，如果ARCH_EXYNOS4模塊沒有被選中，那么HELLO模塊也不會(huì)被編譯到內(nèi)核 10 幫助信息
4) 重新配置 執(zhí)行
- make menuconfig
進(jìn)入配置頁面，
輸入 / 可以根據(jù)關(guān)鍵字查找模塊所在位置。
我們添加的模塊文件的位置：
根據(jù)路徑
- -> Device Drivers
- -> Character devices
找到我們剛才的模塊配置路徑
此處是尖括號(hào)，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置的屬性是tristate
移動(dòng)到Help處，可以看到前面我們填充的幫助信息
我們可以按下空格鍵設(shè)置為*，編譯到內(nèi)核中。
選擇Save，
然后再點(diǎn)擊2次Exit，就可以退出。
5)重新編譯內(nèi)核
- root@ubuntu:/home/peng/linux-3.14# make uImage
這樣，我們的模塊編譯到了新生成的內(nèi)核模塊文件中。
3. 補(bǔ)充
前面一節(jié)其實(shí)最終目的是生成CONFIG_HELLO=y 這個(gè)定義信息，并把該信息保存到內(nèi)核根目錄的.config文件中。
其實(shí)我們?nèi)绻恍薷腒config，直接在.config中增加這個(gè)宏定義也是可以的。
今天內(nèi)容就到這里，還等什么?抓緊操練起來吧。
文中用到的虛擬機(jī)，叫交叉編譯工具，還有源代碼，
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