3. 内核编译¶
3.1. 内核概念¶
内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能， 是操作系统工作的基础，决定着整个操作系统的性能和稳定性。
内核按照体系结构分为： 微内核(Micro Kernel) 、 宏内核(Monolithic Kernel) 混合内核(Hybrid Kernel) 等。
下面是微内核和宏内核的简易对照图(图片来自于网络)：
3.1.1. 微内核架构¶
在微内核架构中，内核只提供操作系统核心功能，如
进程管理、存储器管理、进程间通信、I/O设备管理等
而下面这些则不被包含到内核功能中，属于微内核之外的模块，所以针对这些模块的修改不会影响到微内核的核心功能。
应用层IPC、文件系统功能、设备驱动模块。
微内核具有动态扩展性强的优点。Windows操作系统、华为的鸿蒙操作系统就属于这类微内核架构。
3.1.2. 宏内核架构¶
宏内核架构是将上述包括微内核以及微内核之外的应用层IPC、文件系统功能、设备驱动模块都编译成一个整体。
优点：执行效率非常高
缺点：一旦我们想要修改、增加内核某个功能时(如增加设备驱动程序)都需要重新编译一遍内核。
Linux操作系统正是采用了宏内核结构，但是它也区分内核空间和用户空间。
3.2. 获取内核源码¶
板卡使用的内核版本，可以使用命令 uname -a 查看。
获取内核源码，建议直接git克隆野火官方提供的内核源码，或者下载Lubancat-SDK源码，SDK源码中包含内核源码。
3.2.1. 直接克隆野火官方提供的内核源码¶
创建SDK文件夹，以H618为例：
mkdir LubanCat_H618_SDK && cd LubanCat_H618_SDK/
H618系列板卡用户执行以下命令获取内核源码：
#GitHub获取，-b参数指定linux-5.4.125分支
git clone -b linux-5.4.125 https://github.com/LubanCat/kernel-allwinner.git
#Gitee获取，-b参数指定linux-5.4.125分支
git clone -b linux-5.4.125 https://gitee.com/LubanCat/kernel-allwinner.git
重命名内核源码目录名称(也可以不重命名，不影响后续实验)：
mv kernel-allwinner/ kernel
3.2.2. aw-image-build获取¶
aw-image-build是野火科技基于armbian镜像构建脚本修改并定制的一套专用于LubanCat-AW系列板卡的镜像构建工具。
可以参考快速使用手册 《aw-image-build介绍》 章节进行源码获取。内核源码位于：
1 2 3 4 5 | # 内核源码目录如下所示
.
└── source
└── kernel
└── linux-5.4-h618
|
修改成统一学习环境，以H618为例：
# 创建SDK文件夹
mkdir LubanCat_H618_SDK && cd LubanCat_H618_SDK/
# 复制aw-image-build获取的源码，默认aw-image-build和LubanCat_H618_SDK同级
cp -r ../aw-image-build/source/kernel/linux-5.4-h618/ kernel
3.3. 编译内核¶
重要
编译内核前必须完成 《编译环境的搭建》。
按照前面小节搭建编译环境并下载源码之后，进入内核源码根目录( kernel )，根据具体的板卡设置配置文件。
H618系列板卡用户执行以下命令编译内核源码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | #清除之前生成的所有文件和配置
make mrproper
# 加载linux_h618_defconfig配置文件
# 这步执行之后，会将linux_h618_defconfig配置加载到.config
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- linux_h618_defconfig
# 编译内核，指定平台，指定交叉编译工具，使用16线程进行编译，线程可根据电脑性能自行确定
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j16
|
注意
如果内核编译报错，很大可能是编译器的问题，请参考 《交叉编译器工具包》 内容更换编译器。
3.4. linux内核源码目录结构¶
注意
linux内核源码目录下文件夹较多，在此仅挑部分进行分析。
文件夹 |
作用 |
|---|---|
arch |
这个文件夹包含了一个Kconfig文件，用于设置这个目录里的源代码编译所需的一系列设定。 支持的处理器架构都在它相应的文件夹中，如arm64、x86、riscv等。 /boot：内核需要的特定平台代码 /boot/dts：设备树文件 /configs：存放专用配置文件 /include：特定体系的头文件 /lib：通用函数在特定体系结构的文件 /mm：特定体系结构的内存管理文件 |
block |
块设备，是一些linux存储体系中关于块设备管理的代码，譬如说SD卡、iNand、Nand、硬盘等都是块设备。 |
crypto |
这个目录下放了一些各种常见的加密算法的源代码。 |
drivers |
驱动目录，里面分门别类的列出了linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。 |
firmware |
固件目录，保存用于驱动第三方设备的固件。 |
Documentation |
存放相关说明文档，很多实用文档，包括驱动编写等 |
include |
存放内核所需、与平台无关的头文件，与平台相关的头文件已经被移动到 arch 平台的include 目录 |
kernel |
这个文件夹中的代码控制内核本身，在该文件夹下有个”power”文件夹，这里的代码可以使计算机重新启动、关机和挂起。 |
lib |
这个文件夹包含了内核需要引用的一系列内核库文件代码。 |
…… |
其余的文件夹作用请自行了解。 |
3.5. kernel menuconfig¶
menuconfig是linux里面的一个软件，可以配置uboot，kernel，rootf，这里以kernel为例来配置，其他的配置menuconfig的使用是一样的。
在命令行进入内核根目录，执行以下命令进入menuconfig配置主界面
1 2 | # 打开menuconfig配置界面
make ARCH=arm64 menuconfig
|
注意事项:
执行上述命令时,会读取内核目录下.config文件和/arch/arm64目录下的Kconfig文件。
Kconfig文件用于决定配置界面会有哪些配置选项
.config文件用于决定每个配置项的值（Y、M、N）
当.config文件存在时,它会根据.config文件设定默认项.
若不存在.config文件,则根据各级Kconfig文件来设定菜单项
使用菜单配置完成并保存后，会将配置的结果保存到.config文件
打开后menuconfig界面如下图所示：
下面分析一下defconfig、 .config 、kconfig 与makefile文件作用。
3.5.1. defconfig文件¶
一般由平台厂商提供，内核编译用做.config的参考。
文件位于：/kernel/arch/$(SRCARCH)/configs/xxx_defconfig
上述编译内核中的
linux_h618_defconfig就是一个defconfig文件，make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- linux_h618_defconfig指令的作用是将linux_h618_defconfig文件加载到.config文件
3.5.2. .config 文件¶
在内核编译时，主Makefile调用这个.config，用于的内核编译配置。
文件位于 ：kernel/.config
可以通过defconfig文件进行加载/生成
可以通过kernel menuconfig进行配置/生成
3.5.3. Makefile 文件¶
路径：kernel/Makefile
顶层Makefile，用于内核源码编译，建议好好阅读一下此文件。
路径：kernel/arch/arm64/Makefile
该文件包含在顶层makefile中，因此用户可以添加自己的特定于体系结构的标志和依赖项。
3.5.4. Kconfig 文件¶
分布在各目录下的Kconfig构成了一个分布式的内核配置数据库，每个Kconfig分别描述了所属目录源文件相关的内核配置菜单。Kconfig是各种配置界面的源文件，内核的配置工具读取各个Kconfig文件，生成配置界面供开发人员配置内核。
文件位于：/kernel/arch/$(SRCARCH)/Kconfig
在内核配置make menuconfig(或xconfig等)时，从Kconfig中读出配置菜单，用户配置完后保存到.config(在顶层目录下生成)中。