arm linux zimage,ARM linux解析之zImage镜像文件的生成

今天药忘吃喽~ 2023-01-21 15:23 192阅读 0赞

最开始做个约定：存放linux代码的根目录我们叫做：linux\_src，代码用linux-3.0.46进行分析。对于arm系统，$(SRCARCH) = ARM。

可能你会想，究竟linux如何编译生成它的压缩内核镜像zImage的呢？哈哈，下面就来做个解析。

当我们在linux\_src目录下输入命令：

> make zImage

就会进入linux\_src/makfile，然后找 zImage目标，这个目标在：

linux\_src/makfile包含的：include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile 里面，

位于：linux\_src/arch/arm/makfile里：

zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

可以看到zImage 依赖于vmlinux，这里的vmlinux指的是linux\_src/vmlinux，这是编译生成的linux内核的elf文件。那么vmlinux又是在哪生成的呢？请向下看：

它的生成规则在linux\_src/makefile文件中，如下:

\#vmlinux image - including updated kernel symbols

vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE

ifdef CONFIG\_HEADERS\_CHECK

$(Q)$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile headers\_check

endif

ifdef CONFIG\_SAMPLES

$(Q)$(MAKE) $(build)=samples

endif

ifdef CONFIG\_BUILD\_DOCSRC

$(Q)$(MAKE) $(build)=Documentation

endif

$(call vmlinux-modpost)

$(call if\_changed\_rule,vmlinux\_\_)

$(Q)rm -f .old\_version

vmlinux的生成依赖于: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o)，同样在linux\_src/makefile文件中：

vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)

vmlinux-main:= $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)

vmlinux-all  := $(vmlinux-init) $(vmlinux-main)

vmlinux-lds  := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds

modpost-init := $(filter-out init/built-in.o, $(vmlinux-init))

vmlinux.o: $(modpost-init) $(vmlinux-main) FORCE

$(call if\_changed\_rule,vmlinux-modpost)

kallsyms.o:= .tmp\_kallsyms$(last\_kallsyms).o

这里可以看到vmlinux就是由这些依赖文件通过arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds链接生成的，我就不再每往下解释了。

生成了linux\_src/vmlinux之后，再回头看arch/arm/boot/compressed/Makefile文件中的：

zImage Image xipImage bootpImage uImage: vmlinux

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@

其中$(build)在linux\_src/scripts/kbuild.include:

\#\#\#

\# Shorthand for $(Q)$(MAKE) -f scripts/Makefile.build obj=

\# Usage:

\# $(Q)$(MAKE) $(build)=dir

build := -f $(if $(KBUILD\_SRC),$(srctree)/)scripts/Makefile.build obj

因为 KBUILD\_SRC 为空，srctree就是当前目录，故

build := -f ./scripts/Makefile.build obj

boot := arch/arm/boot

ifneq ($(machine-y),)

MACHINE  := arch/arm/mach-$(word 1,$(machine-y))/

else

MACHINE  :=

endif

machine-$(CONFIG\_ARCH\_EVB\_ARM)      := evb\_arm

Kconfig中：CONFIG\_ARCH\_EVB\_ARM = y

所以对于我们的平台：

MACHINE  := arch/arm/mach-evb\_arm

最开始的那一句最终解释为：

zImage: vmlinux

@make –f ./scripts/Makefile.build obj=arch/arm/boot MACHINE=arch/arm/mach-evb\_armarch/arm/boot/zImage

下面就是进入到linux\_src/scripts/Makefile.build这个makefile文件中

src := $(obj)

kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))

kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)

include$(kbuild-file)

在这里：

src := $(obj) :=arch/arm/boot    //这个就是上一个makefile传下来的值

kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))

//这句的意思是，如果src是以/开头的，则 kbuild-dir :=$(src),

如果不是的就等于kbuild-dir := $(srctree)/$(src)

这里 kbuild-dir := ./arm/arm/boot

kbuild-file := ./arch/arm/boot/Kbuild ./arch/arm/boot/Makefile

最后一句：

include ./arch/arm/boot/Kbuild ./arch/arm/boot/Makefile

可以看到这里是要包含linux\_src/arch/arm/boot/Makefile 文件，果然在里面找到了我们要的目标：

$(obj)/zImage: $(obj)/compressed/vmlinux FORCE

$(call if\_changed,objcopy)

@echo '  Kernel: $@ is ready'

再找$(obj)/compressed/vmlinux：

$(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@

再接着找$(obj)/Image：

$(obj)/Image: vmlinux FORCE

$(call if\_changed,objcopy)

@echo '  Kernel: $@ is ready'

到这里就可以知道了，哦，原来这个地方也是要vmlinux内核elf的啊，这就知道了，无论怎么样，vmlinux文件都要先生成，否则其他的文件都无法成生。下面来解释一下：

$(obj)/Image: vmlinux FORCE

$(call if\_changed,objcopy)

@echo '  Kernel: $@ is ready'

这里的Image也就是linux\_src/arch/arm/boot/Image，它的生成是通过把 linux\_src/vmlinux这个elf文件用通过objcopy生成bin文件Image。然后：

$(obj)/compressed/vmlinux: $(obj)/Image FORCE

$(Q)$(MAKE) $(build)=$(obj)/compressed $@

这句和上面分析的类似，就是进入linux\_src/arch/arm/boot/compress/mafile中生成:

arch/arm/boot/compress/vmlinux文件,如下：

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix\_y).o \\

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) FORCE

$(call if\_changed,ld)

@$(check\_for\_bad\_syms)

HEAD   = head.o

OBJS    += misc.o decompress.o

$(obj)/piggy.$(suffix\_y): $(obj)/../Image FORCE

$(call if\_changed,$(suffix\_y))

$(obj)/piggy.$(suffix\_y).o:  $(obj)/piggy.$(suffix\_y) FORCE

$(obj)/vmlinux.lds: $(obj)/vmlinux.lds.in arch/arm/boot/Makefile $(KCONFIG\_CONFIG)

@sed "$(SEDFLAGS)" < $< > $@

插曲：关于if\_changed的解释：

Kbuild.include:

\# >'< substitution is for echo to work,

\# >$< substitution to preserve $ when reloading .cmd file

\# note: when using inline perl scripts \[perl -e '...$$t=1;...'\]

\# in $(cmd\_xxx) double $$ your perl vars

make-cmd = $(subst \\\\,\\\\\\\\,$(subst \\\#,\\\\\\\#,$(subst $$,$$$$,$(call escsq,$(cmd\_$(1))))))

\# Find any prerequisites that is newer than target or that does not exist.

\# PHONY targets skipped in both cases.

any-prereq = $(filter-out $(PHONY),$?) $(filter-out $(PHONY) $(wildcard $^),$^)

\# Execute command if command has changed or prerequisite(s) are updated.

if\_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),                       \\

@set -e;                                                             \\

$(echo-cmd) $(cmd\_$(1));                                             \\

echo 'cmd\_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

if\_changed 函数在当发现规则的依赖有更新，或是目依赖不存在时，再或者是对应目标的命令行参数发生改变时($(strip $(any-prereq) $(arg-check)) 语句结果不为空)，执行后面的语句。

set -e 表示如果命令执行有错那么命令停止执行并退出。

接着 $(echo-cmd) 用来打印出相关的编译命令，接着执行 $(cmd\_$(1) 里的命令。

最后 echo 'cmd\_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd 将上面执行的命令写入一个叫 $(dot-target).cmd 的文件中，该文件为隐藏文件，在编译后的内核源码目录及其子目录下随处可见，比如在init/ 下可以看到 .initramfs.o.cmd， .version.o.cmd 等等。

那么而所有的命令测存在呢？答案是：scripts/Makefile.lib:

scripts/Makefile.build里面：include scripts/Makefile.lib

scripts/Makefile.lib:

\# Objcopy

\# ---------------------------------------------------------------------------

quiet\_cmd\_objcopy = OBJCOPY  $@

cmd\_objcopy = $(OBJCOPY) $(OBJCOPYFLAGS) $(OBJCOPYFLAGS\_$(@F)) $< $@

\# Gzip

\# ---------------------------------------------------------------------------

quiet\_cmd\_gzip = GZIP  $@

cmd\_gzip = (cat $(filter-out FORCE,$^) | gzip -n -f -9 > $@) || (rm -f $@ ; false)

言归正传，回到上面：

$(obj)/piggy.$(suffix\_y): $(obj)/../Image FORCE

$(call if\_changed,$(suffix\_y))

$(obj)/piggy.$(suffix\_y).o:  $(obj)/piggy.$(suffix\_y) FORCE

这里的suffix\_y在，arch/arm/boot/compressed:

suffix\_$(CONFIG\_KERNEL\_GZIP) = gzip

suffix\_$(CONFIG\_KERNEL\_LZO)  = lzo

suffix\_$(CONFIG\_KERNEL\_LZMA) = lzma

CONFIG\_KERNEL\_GZIP=y 是在 init/Kconfig文件里选择的，menuconfig时配置，我们这里选gzip，则上面的过程为

使用 gzip 对arch/arm/boot/Image文件进行压缩，压缩成piggy.gzip。然后再生成piggy.gzip.o:

这个是通过 piggy.gzip.S文件生成的，内容如下：

.section .piggydata,\#alloc

.globl   input\_data

input\_data:

.incbin  "arch/arm/boot/compressed/piggy.gzip"

.globl   input\_data\_end

input\_data\_end:

可以看到压缩后的内核文件piggy.gzip是以bin文件的形式编译成piggy.gzip.o的，并且注意这里的是放在.piggydata段中的，这个在arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds指定的。

内容如下：

.text : \{

\_start = .;

\*(.start)

\*(.text)

\*(.text.\*)

\*(.fixup)

\*(.gnu.warning)

\*(.rodata)

\*(.rodata.\*)

\*(.glue\_7)

\*(.glue\_7t)

\*(.piggydata)

. = ALIGN(4);

是放在.text段的最后的，并且input\_data和input\_data\_end 包含里他们的起止地址。

最后是arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds文件的生成，这个是以arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds.in为蓝本，只是修改了

. = TEXT\_START;

这个是在arch/arm/boot/compressed/Makefile中

SEDFLAGS = s/TEXT\_START/$(ZTEXTADDR)/;s/BSS\_START/$(ZBSSADDR)/

$(obj)/vmlinux.lds: $(obj)/vmlinux.lds.in arch/arm/boot/Makefile $(KCONFIG\_CONFIG)

@sed "$(SEDFLAGS)" < $< > $@

ifeq ($(CONFIG\_ZBOOT\_ROM),y)

ZTEXTADDR     := $(CONFIG\_ZBOOT\_ROM\_TEXT)

ZBSSADDR := $(CONFIG\_ZBOOT\_ROM\_BSS)

else

ZTEXTADDR     := 0

ZBSSADDR := ALIGN(8)

endif

就是：TEXT\_START = $(ZTEXTADDR)   BSS\_START = $(ZBSSADDR)

如果内枋是在nor flash中运行的，则选第一个，这时CONFIG\_ZBOOT\_ROM这个变量会定义，在RAM中运行的话，选第二个。在RAM中运行的代码是被编译成与位置无关的，所以可以加载到任何地方运行。

所以合起来的解释是：

通过以下规则，最终生成arch/arm/boot/compress/vmlinux

$(obj)/vmlinux: $(obj)/vmlinux.lds $(obj)/$(HEAD) $(obj)/piggy.$(suffix\_y).o \\

$(addprefix $(obj)/, $(OBJS)) $(lib1funcs) FORCE

$(call if\_changed,ld)

@$(check\_for\_bad\_syms)

这个arch/arm/boot/compressed/vmlinux和前面的根目录下生成的vmlinux都是elf文件，但是却不是同一个东西。它是包令里解压用的头文件head.s, 解压程序misc.c，decompress.c的，再加入压缩内核的elf文件，是可以通过trace32加载运行的。

下面是最后一步：

$(obj)/Image: vmlinux FORCE

$(call if\_changed,objcopy)

@echo '  Kernel: $@ is ready'

这个时候再把arch/arm/boot/compressed/vmlinux通过objcopy生成bin文件zImage，到这里，zImage文件生成完毕。

最后用个图表示一下整个zImage的生成过程：

![79183ea746e28f330f097b6dfe35faad.png][]

图1.ARM linux的zImage生成过程

[79183ea746e28f330f097b6dfe35faad.png]: /images/20221020/f7bc652793a943e6991d3215de5f970e.png

arm linux zimage,ARM linux解析之zImage镜像文件的生成

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