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title: Linux内核裁剪与编译
tags: [Linux内核, 内核编译, Makefile, 内核移植, 设备树, ARM]
created: 2026-09-17
updated: 2026-09-17
pdf_ref:
  - "40_第三十五章 Linux内核顶层Makefile详解.pdf"
  - "42_第三十七章 Linux内核移植.pdf"
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# Linux内核裁剪与编译

> **关联知识**: [[06-系统移植与启动/01-U-Boot命令与使用]] | [[06-系统移植与启动/02-U-Boot启动流程]] | [[06-系统移植与启动/04-根文件系统构建]]

编译 Linux 内核和编译 U-Boot 的流程高度相似：先 `make xxx_defconfig` 选定默认配置，再 `make` 生成镜像。区别在于 Linux 内核多出一套 Kconfig 配置系统、一个庞大的 `drivers/` 驱动目录和独立编译的设备树（DTS/DTB）。本章以 NXP `linux-imx-4.1.15` 源码和正点原子 I.MX6U-ALPHA（EMMC 版）为主线，串起内核概述、配置、裁剪、顶层 Makefile、编译、设备树六个环节。

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## 一、Linux内核概述

### 1.1 内核版本选择

内核源码由 Linux 基金会管理与发布，官网 <https://www.kernel.org>。开发中并不追求最新版，而是**跟随半导体厂商的 BSP 版本**：

| 来源         | 版本 / 文件                                  | 说明                                                                        |
| ------------ | -------------------------------------------- | --------------------------------------------------------------------------- |
| NXP 官方原版 | `linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga.tar.bz2`  | NXP 移植到 i.MX 系列后的 BSP，解压出目录`linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga` |
| 移植用目录   | `linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek` | 用`mv`重命名，避免与 NXP 官方目录混淆（书中做法）                           |

为什么用 **4.1.15**：NXP 对 i.MX6ULL 的 BSP 长期维护在这个版本，外设驱动、设备树最完整；4.x 与 5.x 在核心机制上没有本质区别，5.x 更多是新增平台和外设。中途换版本意味着设备树、驱动全部重调，得不偿失。

### 1.2 内核源码目录结构

```mermaid
mindmap
  root((Linux内核源码))
    arch/ 体系结构与设备树
    drivers/ 设备驱动
    fs/ 文件系统
    kernel/ 核心调度
    mm/ 内存管理
    net/ 网络协议栈
    include/ 头文件
    init/ 内核初始化
    scripts/ 构建脚本
    Makefile Kconfig 顶层构建
```

```text
linux-imx-4.1.15/
+-- arch/            # 架构相关，arch/arm 下有 boot、configs、mach-xxx
+-- block/           # 块设备管理
+-- crypto/          # 加密算法（crc、md5、hash）
+-- Documentation/   # 官方文档，查模块/驱动架构的第一去处
+-- drivers/         # 驱动（i2c、gpio、net、mmc…），学习重点
+-- firmware/        # 固件
+-- fs/              # 文件系统（ext4、f2fs、nfs、yaffs2）
+-- include/         # 头文件
+-- init/            # 内核启动初始化代码
+-- ipc/             # 进程间通信
+-- kernel/          # 内核核心代码
+-- lib/             # 公共库函数
+-- mm/              # 内存管理
+-- net/             # 网络协议栈
+-- samples/         # 示例代码
+-- scripts/         # 编译脚本（kconfig、Makefile.build、link-vmlinux.sh）
+-- security/        # 安全模块
+-- sound/           # 音频子系统
+-- tools/           # 编译工具
+-- usr/             # initramfs 相关
+-- virt/            # 虚拟化（KVM）
+-- .config          # 最终配置（编译生成）
+-- Kbuild           # 部分 Makefile 会读取
+-- Kconfig          # menuconfig 图形界面的配置源
+-- Makefile         # 顶层 Makefile
+-- System.map       # 符号表（编译生成）
+-- vmlinux          # 未压缩 ELF（编译生成）
```

重点关注的子目录：

| 目录                     | 作用             | 关键点                                      |
| ------------------------ | ---------------- | ------------------------------------------- |
| `arch/arm/configs/`      | 各平台默认配置   | `imx_v7_defconfig`、`imx_v7_mfg_defconfig`  |
| `arch/arm/boot/`         | 编译产物         | `Image`、`zImage`                           |
| `arch/arm/boot/dts/`     | 设备树源码与产物 | `imx6ull-alientek-emmc.dts/.dtb`            |
| `arch/arm/mach-xxx/`     | 平台初始化       | `mach-imx` 为 i.MX 系列                     |
| `drivers/`               | 驱动源码         | 按类型分类，如 `drivers/net`、`drivers/mmc` |
| `scripts/kconfig/`       | 配置工具         | `conf` 负责生成 `.config`                   |
| `scripts/Makefile.build` | 子目录构建入口   | 每个目录的 `built-in.o` 由它生成            |

### 1.3 内核配置系统

| 文件                           | 角色                                             | 是否该改                    |
| ------------------------------ | ------------------------------------------------ | --------------------------- |
| `Kconfig`                      | 配置菜单的“源”，描述每个配置项的名称、类型、依赖 | 加新驱动时才改              |
| `.config`                      | 最终生效的配置，`make` 编译时读取                | 机器生成，不手改            |
| `xxx_defconfig`                | 精简版默认配置，存于 `arch/arm/configs/`         | 手改或 `savedefconfig` 导出 |
| `include/generated/autoconf.h` | 由 `.config` 自动生成，供 C 代码 `#ifdef` 使用   | 自动生成                    |

三者的转换关系：

```text
Kconfig（菜单定义） + xxx_defconfig（默认值）
        |  make menuconfig / make xxx_defconfig
        v
      .config（最终配置）
        |  自动生成
        v
include/generated/autoconf.h（C 代码可见的宏）
```

### 1.4 内核构建系统（Kbuild）

Kbuild 是 Linux 内核的构建框架，不是单个文件，而是一套约定：

- 顶层 `Makefile` 负责版本号、交叉编译变量、目标分发（`all`、`zImage`、`dtbs`、`modules`）。
- `scripts/Kbuild.include` 提供 `build`、`if_changed`、`echo-cmd` 等通用函数。
- `scripts/Makefile.build` 是每个子目录的真正执行者，读取子目录的 `Makefile`（或 `Kbuild`）。
- 子目录用 `obj-y`（编译进内核）、`obj-m`（编译成模块）声明源文件。

```makefile
# drivers/net/phy/Makefile 片段：按配置决定是否编译
obj-$(CONFIG_SMSC_PHY) += smsc.o
```

当 `.config` 里 `CONFIG_SMSC_PHY=y` 时，`smsc.c` 被编译进内核；`=m` 时编译为模块 `smsc.ko`。

---

## 二、内核配置方法

### 2.1 make menuconfig 交互式配置

```bash
# 在源码根目录执行，菜单界面基于 ncurses
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
```

界面结构：顶部为标题，中间为可折叠菜单树，底部为操作提示。配置项前的符号含义：

| 符号      | 含义                       |
| --------- | -------------------------- |
| `[ ]`     | 布尔项，未选               |
| `[ * ]`   | 布尔项，选中（编进内核）   |
| `< >`     | 三态项，未选               |
| `< * >`   | 三态项，`=y`（编进内核）   |
| `< M >`   | 三态项，`=m`（编译成模块） |
| `(value)` | 数值 / 字符串项            |
| `-*-`     | 被其他项强制选中，不可改   |

### 2.2 导航技巧

| 按键            | 作用                                                           |
| --------------- | -------------------------------------------------------------- |
| `↑` / `↓`       | 上下移动                                                       |
| `←` / `→`       | 切换底部按钮（`<Select>` `<Exit>` `<Help>` `<Save>` `<Load>`） |
| `Enter`         | 进入子菜单，或切换选中状态                                     |
| `Y` / `N` / `M` | 直接设为 `=y` / 不选 / `=m`                                    |
| `空格`          | 在三态之间循环                                                 |
| `/`             | 全局搜索配置项关键字（定位驱动最快的方式）                     |
| `?`             | 查看当前项帮助：类型、依赖、`config` 名                        |
| `Esc` `Esc`     | 返回上一级 / 退出主菜单                                        |

> 定位一个驱动：按 `/` 输入关键字（如 `SMSC`），结果会显示其 `CONFIG_*` 名称和菜单路径，据此逐层进入勾选。

### 2.3 常用配置项

**驱动类**

| 配置项                                            | 路径                                                                                 | 用途                               |
| ------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------ | ---------------------------------- |
| `CONFIG_SMSC_PHY`                                 | Device Drivers → Network device support → PHY Device support → Drivers for SMSC PHYs | LAN8720A 网络 PHY（V2.4 以前底板） |
| `CONFIG_SOC_IMX6ULL`                              | System Type → Freescale i.MX                                                         | i.MX6ULL 平台支持                  |
| `CONFIG_MMC_SDHCI` / `CONFIG_MMC_SDHCI_ESDHC_IMX` | Device Drivers → MMC/SD                                                              | uSDHC/EMMC 控制器                  |
| `CONFIG_SERIAL_IMX`                               | Device Drivers → Character devices → Serial                                          | i.MX UART，控制台 `ttymxc0` 依赖它 |

**文件系统与根文件系统类**

| 配置项                                      | 用途                               |
| ------------------------------------------- | ---------------------------------- |
| `CONFIG_EXT4_FS`                            | ext4 文件系统，EMMC 根文件系统常用 |
| `CONFIG_NFS_FS`                             | NFS 客户端                         |
| `CONFIG_ROOT_NFS`                           | 支持 NFS 作为根文件系统            |
| `CONFIG_DEVTMPFS` / `CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT` | 自动挂载 devtmpfs，省去手建 `/dev` |

**网络与调频类**

| 配置项                                 | 用途                                      |
| -------------------------------------- | ----------------------------------------- |
| `CONFIG_CPU_FREQ_DEFAULT_GOV_ONDEMAND` | 默认调频策略为 ondemand（省电，产品推荐） |
| `CONFIG_CPU_FREQ_GOV_PERFORMANCE`      | performance 策略（开发期高性能）          |
| `CONFIG_FEC`                           | i.MX 内部 MAC 网卡驱动（`fec_main.c`）    |

### 2.4 配置保存与导出

menuconfig 里改的是内存中的配置，**退出前必须保存**，否则前功尽弃。两种方式：

**方式一：图形界面保存**（`<Save>` 按钮）

```text
方向键移动到 <Save> → 回车 → 输入文件名（可带相对路径）
例如：arch/arm/configs/imx_alientek_emmc_defconfig
```

**方式二：命令行导出**（推荐，可脚本化）

```bash
# 把当前 .config 精简后导出为 defconfig（去掉无意义的默认项）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- savedefconfig
# 生成 defconfig，人工核对后复制到 arch/arm/configs/
cp defconfig arch/arm/configs/imx_alientek_emmc_defconfig

# 或直接粗暴地把 .config 另存为 defconfig
cp .config arch/arm/configs/imx_alientek_emmc_defconfig
```

> 注意：`make clean` 会删除 `.config`；`make mrproper` / `distclean` 删得更彻底。改完图形配置且验证稳定后，**务必先 `savedefconfig` 固化**，再执行清理。

### 2.5 .config 文件格式

```text
#
# Automatically generated file; DO NOT EDIT.
#
CONFIG_ARM=y                                  # =y 编进内核
CONFIG_SMSC_PHY=y                             # 选中该驱动
CONFIG_MMC_BLOCK=m                            # =m 编译成模块
# CONFIG_ARCH_MULTI_V6 is not set             # 显式未选中（屏蔽）
CONFIG_CMDLINE="console=ttymxc0,115200"       # 字符串
```

- `CONFIG_xxx=y`：编译进内核镜像。
- `CONFIG_xxx=m`：编译为 `.ko` 模块。
- `# CONFIG_xxx is not set`：显式关闭。**屏蔽某个功能时不能直接删行**，要写成这种注释形式，否则 Kconfig 会用默认值把它重新打开。

---

## 三、内核裁剪

### 3.1 裁剪原则与策略

裁剪的目标是**在功能完整的前提下减小 zImage、缩短启动时间、降低内存占用**。原则：

1. **先跑通，再裁剪**：用官方 `defconfig` 编译并能正常启动后，再逐项瘦身。
2. **按需保留**：只保留目标产品真正用到的驱动、文件系统、协议。
3. **优先模块化**：暂时不确定的功能设为 `=m`，需要时 `insmod`，而不是直接砍掉。
4. **小步验证**：每裁一批就启动验证一次，便于定位是哪一项裁坏了。
5. **关闭调试信息**：量产版本必须去掉 debug，否则镜像可能翻倍。

### 3.2 驱动裁剪

按 `drivers/` 分类逐类清理，只保留板载外设：

| 类别      | 可裁剪项                     | 保留项（I.MX6U-ALPHA 为例）             |
| --------- | ---------------------------- | --------------------------------------- |
| 字符设备  | 无用键盘、触摸屏、串口扩展   | `CONFIG_SERIAL_IMX`（控制台）           |
| 块设备    | 无关的 SCSI、NVMe、RAID      | `CONFIG_MMC_SDHCI_ESDHC_IMX`（EMMC/SD） |
| 网络设备  | 千兆网卡型号一箩筐           | `CONFIG_FEC` + `CONFIG_SMSC_PHY`        |
| 图形/显示 | 未接屏幕时的 DRM/FB 全部关掉 | 按需保留 LCDIF                          |
| 无线/USB  | 未使用的 WiFi/蓝牙/USB 主机  | 按需                                    |

定位方法：menuconfig 里按 `/` 搜关键字，或直接在 `drivers/` 下找对应 Kconfig，看它的 `depends on`。

### 3.3 文件系统裁剪

根文件系统用什么，就留什么文件系统：

```text
# 典型裁剪（EMMC + NFS 调试）
CONFIG_EXT4_FS=y          # EMMC 根文件系统
# CONFIG_EXT2_FS is not set
# CONFIG_EXT3_FS is not set
CONFIG_NFS_FS=y           # 调试阶段网络挂载
CONFIG_ROOT_NFS=y
# CONFIG_F2FS_FS is not set
# CONFIG_BTRFS_FS is not set
# CONFIG_XFS_FS is not set
```

文件系统代码体积可观，关掉一整族未用文件系统通常能省下上百 KB。

### 3.4 调试信息裁剪

这是**收益最大**的一项：

| 配置项                      | 说明                          | 量产建议         |
| --------------------------- | ----------------------------- | ---------------- |
| `CONFIG_DEBUG_INFO`         | 生成 DWARF 调试信息，体积巨大 | 关闭             |
| `CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED` | 精简调试信息                  | 关闭             |
| `CONFIG_KALLSYMS`           | 符号解析，panic 时打印函数名  | 权衡，调试期保留 |
| `CONFIG_FRAME_POINTER`      | 栈回溯辅助                    | 关闭             |
| `CONFIG_MAGIC_SYSRQ`        | SysRq 调试键                  | 逐项确认后关闭   |
| `CONFIG_PROFILING`          | 性能剖析                      | 关闭             |

> 一般不用 `strip` 去处理 zImage——`gzip` 压缩本身会丢弃不可达信息，真正占体积的是未裁剪的驱动和调试宏，从源头配置才是正道。

### 3.5 模块化设计：`=y` vs `=m`

| 对比项   | `=y`（built-in）                | `=m`（module）                 |
| -------- | ------------------------------- | ------------------------------ |
| 编译产物 | 链接进 `vmlinux`/`zImage`       | 独立 `.ko` 文件                |
| 加载时机 | 内核启动即生效                  | `insmod`/`modprobe` 按需加载   |
| 体积影响 | 常驻内存                        | 占用文件系统空间，用时才占内存 |
| 启动速度 | 启动慢（初始化所有内置驱动）    | 启动快（只加载必要模块）       |
| 适用场景 | 启动必需（存储、控制台、根 FS） | 可选外设、调试驱动、多产品复用 |

**判断标准**：内核启动到挂载根文件系统所必需的 → `=y`；业务外设、偶尔使用、需要热插拔的 → `=m`。正点原子移植时 `CONFIG_SMSC_PHY=y` 是刻意编进内核的，因为网络要在挂载 NFS 根文件系统之前就绪，不能等模块加载。

---

## 四、顶层Makefile详解

### 4.1 Makefile 结构分析

顶层 Makefile 与 U-Boot 高度相似（U-Boot 参考了 Linux），前 600 行几乎一致，可按功能分段：

```makefile
# ---- 1. 版本号 ----
VERSION = 4
PATCHLEVEL = 1
SUBLEVEL = 15
EXTRAVERSION =
# 合起来就是 4.1.15

# ---- 2. MAKEFLAGS ----
MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)

# ---- 3. 命令输出：make V=1 打印完整命令 ----
ifeq ("$(origin V)", "command line")
  KBUILD_VERBOSE = $(V)
endif
# KBUILD_VERBOSE=1 → quiet=, Q= ；否则 quiet=quiet_, Q=@

# ---- 4. 静默输出：make -s ----
# 编译时只输出简短信息

# ---- 5. 输出目录：make O=/tmp/build ----
ifeq ("$(origin O)", "command line")
  KBUILD_OUTPUT := $(O)
endif

# ---- 6. 代码检查：make C=1/C=2（sparse）----
ifeq ("$(origin C)", "command line")
  KBUILD_CHECKSRC = $(C)
endif

# ---- 7. 外部模块：make M=drivers/foo ----
ifeq ("$(origin M)", "command line")
  KBUILD_EXTMOD := $(M)
endif
```

常用命令行开关汇总：

| 命令          | 作用                           |
| ------------- | ------------------------------ |
| `make V=1`    | 打印完整编译命令               |
| `make -s`     | 静默编译                       |
| `make O=/out` | 产物输出到独立目录             |
| `make C=1`    | 检查需重编译文件的 sparse 警告 |
| `make C=2`    | 检查全部源码                   |
| `make M=dir`  | 只编译指定外部模块             |

### 4.2 设置目标架构与交叉编译器

```makefile
# 顶层 Makefile 第 252~253 行（原始）
ARCH            ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE   ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)
```

两种用法，二选一：

```bash
# 用法一：命令行传入（推荐，不改源码）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage
```

```makefile
# 用法二：直接写进顶层 Makefile 第 252~253 行，之后 make 即可
ARCH            ?= arm
CROSS_COMPILE   ?= arm-linux-gnueabihf-
```

`?=` 表示命令行已定义时不覆盖，因此两种方式可共存，但命令行优先级更高。

### 4.3 交叉编译工具变量

```makefile
# 顶层 Makefile 第 353~361 行
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
```

设置 `CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-` 后，上面每个变量自动展开为对应工具，如 `CC = arm-linux-gnueabihf-gcc`。头文件路径由 `USERINCLUDE`（UAPI）和 `LINUXINCLUDE`（内核源码）两组变量拼接，供所有子 Makefile 使用。

### 4.4 vmlinux 生成流程

`make` 的默认目标是 `_all`，它依赖 `all`，`all` 又依赖 `vmlinux`：

```makefile
_all: all
all: vmlinux
```

`vmlinux` 的依赖由六大变量收集，它们最终都变成各目录下的 `built-in.o` / `.a`：

```makefile
# 第 905~912 行
export KBUILD_VMLINUX_INIT := $(head-y) $(init-y)
export KBUILD_VMLINUX_MAIN := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)
export KBUILD_LDS           := arch/$(SRCARCH)/kernel/vmlinux.lds
vmlinux-deps := $(KBUILD_LDS) $(KBUILD_VMLINUX_INIT) $(KBUILD_VMLINUX_MAIN)
```

各变量展开结果（ARM、开启 MMU）：

```text
head-y     = arch/arm/kernel/head.o
init-y     = init/built-in.o
core-y     = usr/built-in.o arch/arm/vfp/built-in.o arch/arm/kernel/built-in.o \
             arch/arm/mm/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
libs-y     = arch/arm/lib/lib.a lib/lib.a arch/arm/lib/built-in.o lib/built-in.o
drivers-y  = drivers/built-in.o sound/built-in.o firmware/built-in.o
net-y      = net/built-in.o
```

`built-in.o` 的来源：`scripts/Makefile.build` 中 `builtin-target := $(obj)/built-in.o`，用 `LD -r` 把该目录所有 `.o` 合并：

```makefile
$(builtin-target): $(obj-y) FORCE
	$(call if_changed,link_o_target)
# 展开后：arm-linux-gnueabihf-ld -r -o built-in.o <该目录所有 .o>
```

最终链接由 `scripts/link-vmlinux.sh` 完成，链接脚本为 `arch/arm/kernel/vmlinux.lds`：

```text
cmd_link-vmlinux = /bin/bash scripts/link-vmlinux.sh \
                   arm-linux-gnueabihf-ld -EL -p --no-undefined -X --pic-veneer --build-id
```

### 4.5 目标生成规则与镜像对比

`arch/arm/Makefile` 定义了各类启动镜像目标：

```makefile
BOOT_TARGETS = zImage Image xipImage bootpImage uImage
$(BOOT_TARGETS): vmlinux
	$(Q)$(MAKE) $(build)=$(boot) MACHINE=$(MACHINE) $(boot)/$@
```

即所有镜像都先依赖 `vmlinux`，再由 `scripts/Makefile.build` 逐级转换：

```mermaid
flowchart LR
  A["vmlinux<br/>ELF + 符号表<br/>~16MB"] -->|objcopy 去符号| B["Image<br/>裸二进制<br/>~12MB"]
  B -->|gzip 压缩| C["zImage<br/>自解压镜像<br/>~6MB"]
  C -->|mkimage + 64B 头| D["uImage<br/>老式 U-Boot 专用"]
```

| 镜像      | 格式                 | 大小（参考）  | 用途                     |
| --------- | -------------------- | ------------- | ------------------------ |
| `vmlinux` | ELF，含符号表        | ~16MB         | 调试、生成 System.map    |
| `Image`   | objcopy 后的裸二进制 | ~12MB         | 不压缩内核镜像           |
| `zImage`  | gzip 压缩的 Image    | ~6MB          | **最常用**，`bootz` 启动 |
| `uImage`  | zImage + 64 字节头   | 略大于 zImage | 老版本 U-Boot 的 `bootm` |

常用目标：

| 目标                 | 生成物                             |
| -------------------- | ---------------------------------- |
| `make all` / `make`  | vmlinux + zImage + 模块            |
| `make zImage`        | 仅 `arch/arm/boot/zImage`          |
| `make dtbs`          | 仅设备树 `arch/arm/boot/dts/*.dtb` |
| `make modules`       | 仅 `.ko` 模块                      |
| `make M=drivers/foo` | 仅编译指定外部模块                 |

---

## 五、内核编译命令

### 5.1 清理命令

| 命令             | 清理范围                                   | 是否删 `.config` |
| ---------------- | ------------------------------------------ | ---------------- |
| `make clean`     | 大部分编译产物（`.o`、`built-in.o`、镜像） | **不删**         |
| `make mrproper`  | 所有编译产物 + 配置文件 + 备份             | 会删             |
| `make distclean` | `mrproper` + 编辑器备份、补丁文件          | 会删             |
| `make defconfig` | 用架构默认配置重新生成 `.config`           | 覆盖             |

> `distclean` 最彻底。正点原子的编译脚本每次开头都执行 `distclean`，所以**图形界面配置完一定要先保存/固化配置**，否则脚本一跑，配置全没。

### 5.2 默认配置

```bash
# i.MX6ULL EVK 官方默认配置（支持 MfgTool 烧写）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_v7_mfg_defconfig

# 正点原子 EMMC 版配置（在 mfg 基础上裁剪 V6、适配底板）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_alientek_emmc_defconfig
```

### 5.3 图形配置

```bash
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
```

### 5.4 并行编译

```bash
# -jN 中 N 一般取 CPU 核数或 2 倍核数
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16

# 编译前需安装 lzop，否则压缩 piggy 时会失败
sudo apt-get install lzop
```

一键编译脚本（正点原子 `mx6ull_alientek_emmc.sh`）：

```bash
#!/bin/sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_alientek_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16
```

```bash
chmod 777 mx6ull_alientek_emmc.sh   # 赋可执行权限
./mx6ull_alientek_emmc.sh           # 执行；menuconfig 中按两次 Esc 退出后自动编译
```

### 5.5 编译输出分析

编译成功后产物分布：

```text
arch/arm/boot/zImage                     # 内核镜像
arch/arm/boot/dts/imx6ull-alientek-emmc.dtb   # 设备树
vmlinux                                  # ELF 内核（根目录）
System.map                               # 符号表（根目录）
drivers/.../*.ko                         # 模块
```

下载并启动（U-Boot 命令行）：

```bash
# bootargs 需正确指定根文件系统
setenv bootargs 'console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw'

tftp 80800000 zImage                      # 内核下载到 DDR 0x80800000
tftp 83000000 imx6ull-alientek-emmc.dtb   # 设备树下载到 0x83000000
bootz 80800000 - 83000000                 # bootz <kernel> <ramdisk> <dtb>
```

根文件系统缺失时的典型报错：

```text
Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)
```

这说明**内核已经启动成功**，只是 VFS 挂不上根文件系统——检查 `bootargs` 中的 `root=` 是否正确，或根文件系统分区是否为空。

### 5.6 常见编译错误排查

| 错误现象                                                        | 原因                       | 解决                                   |
| --------------------------------------------------------------- | -------------------------- | -------------------------------------- |
| `recipe for target 'arch/arm/boot/compressed/piggy.lzo' failed` | 未安装 lzop                | `sudo apt-get install lzop`            |
| `arm-linux-gnueabihf-gcc: command not found`                    | 交叉工具链未安装/未加 PATH | 安装工具链并配置环境变量               |
| 修改配置后配置项“复活”                                          | 直接删了 `.config` 的行    | 改成 `# CONFIG_xxx is not set`         |
| `make mrproper`/`distclean` 后配置丢失                          | 这两个目标会删 `.config`   | 改完配置先保存（`savedefconfig` 固化） |
| 驱动模块加载失败 / `insmod` 报版本不符                          | 内核与模块配置不一致       | 用同一份 `.config` 重编内核与模块      |
| 编译到一半卡死或内存不足                                        | `-j` 过大                  | 降低并行度，如 `-j4`                   |

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## 六、设备树编译

### 6.1 设备树与 dtc

设备树（Device Tree）用 `.dts` 描述板级硬件，由 **dtc**（Device Tree Compiler）编译为 `.dtb` 供内核解析。ARM 平台上内核依赖 `.dtb` 才能识别外设。

| 后缀    | 含义                                         |
| ------- | -------------------------------------------- |
| `.dts`  | 板级设备树源码，一个板子一个                 |
| `.dtsi` | SoC 级公共定义，被 `.dts` include            |
| `.dtb`  | 编译后的二进制，U-Boot 通过 `bootz` 传给内核 |
| `.dtbo` | 设备树 overlay（插件）                       |

### 6.2 设备树 Makefile 配置

新增一个板子的设备树，必须把 `.dtb` 挂进 `arch/arm/boot/dts/Makefile` 的对应配置项，否则 `make dtbs` 不会编译它：

```makefile
# arch/arm/boot/dts/Makefile 第 400 行起
dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += \
	imx6ull-14x14-evk.dtb \
	imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb \
	imx6ull-alientek-emmc.dtb \        # 新增的正点原子 EMMC 版设备树
	imx6ull-9x9-evk.dtb
```

新增步骤：

```bash
cd arch/arm/boot/dts
cp imx6ull-14x14-evk.dts imx6ull-alientek-emmc.dts   # 以官方 EVK 为模板复制
# 编辑 Makefile，在 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) 中加入 imx6ull-alientek-emmc.dtb
```

### 6.3 设备树源文件结构

```dts
/dts-v1/;
#include "imx6ull.dtsi"                       // SoC 级公共定义
#include "imx6ull-14x14-evk.dtsi"

/ {
    model = "Alientek i.MX6ULL ALPHA EMMC";
    compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";

    chosen {
        bootargs = "console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw";
    };
};

/* 追加/覆盖 usdhc2 节点：EMMC 使用 8 线并关闭 1.8V */
&usdhc2 {
    pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
    pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>;
    pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>;
    bus-width = <8>;
    non-removable;
    no-1-8-v;
    status = "okay";
};
```

编写规则：`.dtsi` 定义 SoC 通用部分，`.dts` 用 `&label { ... }` 覆盖或追加板级差异；`status = "okay"/"disabled"` 控制节点开关。

### 6.4 设备树编译命令

```bash
# 随内核一起编译（会同时生成 zImage 与所有配置的 dtb）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all

# 只编译设备树（改 dts 后最常用，速度快）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs

# 单独编译指定 dtb
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx6ull-alientek-emmc.dtb
```

产物在 `arch/arm/boot/dts/` 下。若想独立使用 dtc：

```bash
# dts → dtb
dtc -I dts -O dtb -o out.dtb imx6ull-alientek-emmc.dts
# dtb → dts（反编译，排查问题时有用）
dtc -I dtb -O dts -o out.dts imx6ull-alientek-emmc.dtb
```

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## 七、内核移植流程（NXP BSP → 正点原子板）

参照第 37 章，把半导体厂商（NXP）的 BSP 移植到自研板，完整步骤如下：

1. **用官方参考板内核先跑一遍**：`make imx_v7_mfg_defconfig`（或 `imx_v7_defconfig`）后 `make`，得到 `zImage` 与 `arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dtb`；拷到 tftpboot 后
   ```bash
   tftp 80800000 zImage
   tftp 83000000 imx6ull-14x14-evk.dtb
   bootz 80800000 - 83000000
   ```
   在自研板上验证能否启动。
2. **新建板级 defconfig**：
   ```bash
   cd arch/arm/configs
   cp imx_v7_mfg_defconfig imx_alientek_emmc_defconfig   # 复制官方 EVK 配置
   # 删除 CONFIG_ARCH_MULTI_V6=y（I.MX6ULL 用不到 V6）
   ```
   之后用 `make imx_alientek_emmc_defconfig` 配置内核。
3. **新建设备树**：
   ```bash
   cd arch/arm/boot/dts
   cp imx6ull-14x14-evk.dts imx6ull-alientek-emmc.dts   # 以 EVK 为模板
   # 编辑 Makefile，在 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) 中加入 imx6ull-alientek-emmc.dtb
   make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs
   ```
4. **编译脚本** `imx6ull_alientek_emmc.sh`（distclean → imx_alientek_emmc_defconfig → menuconfig → all -j16）。
5. **修改差异外设**：主频（改 `arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi` 的超频节点）、EMMC、网络等。
6. **网络驱动（重点）**：
   - 改设备树里 ENET 的复位/时钟引脚（`iomuxc_snvs` 节点新增 `pinctrl_enet1_reset`/`pinctrl_enet2_reset`），并修改 `fec1`/`fec2` 的 `pinctrl-0`；
   - 改 PHY 地址：V2.4 以前底板 LAN8720A（ENET1=0x0，ENET2=0x1），V2.4 及以后底板 SR8201F（ENET1=0x2，ENET2=0x1）；
   - 加 `phy-reset-gpios = <&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>` / `<&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_LOW>`、`phy-reset-duration = <200>`；
   - 改 `drivers/net/ethernet/freescale/fec_main.c`（LAN8720A 在 `fec_probe`、SR8201F 在 `fec_reset_phy` 中复位 PHY）；
   - 改 `drivers/net/phy/smsc.c` 的 `smsc_phy_reset`（每次调用都软复位 LAN8720A）；
   - `make menuconfig` → Device Drivers → Network device support → PHY Device support → Drivers for SMSC PHYs，使能 `CONFIG_SMSC_PHY=y`。
7. **保存配置**：解决完问题后，把 `.config` 另存/覆盖到 `arch/arm/configs/imx_alientek_emmc_defconfig`（图形界面 `<Save>` 或直接 `cp`），使下次 `make imx_alientek_emmc_defconfig` 即生效。

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## 八、跨平台对比

> ⚠️ **来源说明**：本节不属于《I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》内容，为扩展知识。

三款常见嵌入式平台的内核差异，移植时思路相通、细节不同：

| 对比项        | I.MX6ULL（本节）                 | STM32MP157                         | RK3568                                 |
| ------------- | -------------------------------- | ---------------------------------- | -------------------------------------- |
| 内核架构      | ARM Cortex-A7（单核）            | Cortex-A7 ×2 + M4                  | Cortex-A55 ×4                          |
| 内核版本      | 4.1.15（NXP BSP）                | 5.4 / 5.10（ST BSP）               | 4.19 / 5.10（Rockchip BSP）            |
| 交叉编译器    | `arm-linux-gnueabihf-`           | `arm-linux-gnueabihf-`（A7）       | `aarch64-linux-gnu-`（64 位）          |
| 默认配置      | `imx_v7_mfg_defconfig`           | `stm32mp15_defconfig`              | `rockchip_linux_defconfig`             |
| 设备树风格    | 一板一 `.dts`，依 `imx6ull.dtsi` | 依 `stm32mp151.dtsi`，多用 overlay | 依 `rk3568.dtsi`，`rk3568-<board>.dts` |
| 内核镜像      | `zImage`                         | `zImage` / `uImage`                | `Image`（64 位无 zImage）              |
| 启动方式      | `bootz` + dtb                    | `bootz`/`bootm` + dtb              | `booti` + dtb（64 位）                 |
| 内核来源      | NXP `linux-imx`                  | ST `linux-stm32mp`                 | Rockchip `linux-rockchip`              |
| 网络 PHY 适配 | 需改 dts + `smsc.c`/`fec_main.c` | 通用 PHY 驱动基本够用              | 通常 dts 配置即可                      |
| 典型场景      | 工控、HMI、学习入门              | 工业控制（A7+M4 异构）             | 边缘计算、AI 网关、多屏                |

核心差异点：

- **32 位 vs 64 位**：I.MX6ULL / STM32MP1 用 `arm-linux-gnueabihf-` 和 `zImage`；RK3568 是 ARMv8，用 `aarch64-linux-gnu-` 和 `Image`，启动命令是 `booti`。
- **BSP 成熟度**：三家的板级差异都固化在设备树里，因此**移植 = 换 defconfig + 换/改设备树 + 调驱动**，流程一致。
- **主频与调频**：I.MX6ULL 支持 198/396/528/792MHz 多档调频，验证时用 `cpufreq` 目录下的 `scaling_governor`、`scaling_available_frequencies` 观察。

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## 九、面试精选

> ⚠️ **来源说明**：本节不属于《I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》内容，为扩展知识（答案基于书中事实整理）。

**Q1：`vmlinux`、`Image`、`zImage`、`uImage` 有什么区别？生成链是怎样的？**

`vmlinux` 是编译出的原始 ELF 文件，含符号表，约 16MB，不直接用于启动；`Image` 是用 `objcopy` 去掉符号表等信息的裸二进制，约 12MB，未压缩；`zImage` 是 gzip 压缩后的镜像，约 6MB，是我们最常用的；`uImage` 是老版 U-Boot 专用格式，在 zImage 前加 64 字节头（描述类型、加载地址、时间、大小）。生成链：`vmlinux --objcopy--> Image --gzip--> zImage --mkimage--> uImage`。镜像目标都先依赖 `vmlinux`，由 `scripts/Makefile.build` 逐级转换。

**Q2：`CONFIG_xxx=y` 和 `=m` 的区别是什么？怎么选？**

`=y` 编进内核（built-in），链接进 `vmlinux`，启动即生效、常驻内存；`=m` 编译为独立 `.ko` 模块，按需 `insmod`/`modprobe` 加载。判断标准：内核启动到挂载根文件系统所必需的（控制台串口、存储控制器、根文件系统驱动）用 `=y`；可选外设、调试驱动、多产品复用外设用 `=m`。注意 `clean` 会删 `.config`，改配置后要 `savedefconfig` 固化。

**Q3：顶层 Makefile 是如何收集所有子目录、最终链接出 `vmlinux` 的？**

顶层用六个变量收集目录：`head-y`（`arch/arm/kernel/head.o`）、`init-y`、`core-y`、`libs-y`、`drivers-y`、`net-y`，它们在 `arch/arm/Makefile` 中按配置追加，再经 `patsubst` 转换为各目录的 `built-in.o`/`.a`。`scripts/Makefile.build` 在每个目录把 `obj-y` 列出的 `.o` 用 `ld -r` 合并成 `built-in.o`。最后 `scripts/link-vmlinux.sh` 按链接脚本 `arch/arm/kernel/vmlinux.lds` 把 `KBUILD_VMLINUX_INIT` + `KBUILD_VMLINUX_MAIN` 链接成 `vmlinux`。

**Q4：内核裁剪的思路是什么？从哪里入手收益最大？**

思路是“先跑通再裁剪，按需保留，模块优先，小步验证”。收益排序：① 关闭 `CONFIG_DEBUG_INFO` 等调试项（体积影响最大）；② 只保留板载驱动，砍掉无关网卡/显示/无线；③ 只保留实际使用的文件系统（EMMC 用 ext4，调试加 NFS）；④ 不确定的功能先设 `=m` 而非删除。裁剪后用 `ls -lh arch/arm/boot/zImage` 对比体积，并启动验证。

**Q5：把一个半导体厂的 BSP 移植到自研板子，完整步骤是什么？网络驱动为什么是重点？**

① 在源码中找可参考的官方开发板（如 I.MX6ULL EVK）；② 编译出其 `zImage` 与 `.dtb`；③ 用这两个文件在自研板上启动；④ 启动成功后，新增自研板 defconfig（复制官方 defconfig，如屏蔽 `CONFIG_ARCH_MULTI_V6=y`）和设备树（复制 EVK `.dts` 并加入 dts Makefile）；⑤ 修改差异驱动（主频、EMMC、网络）；⑥ 构建根文件系统。网络驱动是重点，因为后续驱动开发普遍依赖 NFS/tftp 网络调试，网络不通会很难受。处理器内部 MAC + 外部 PHY 的方案，重点改三处：复位引脚、PHY 地址、PHY 复位时序（如 LAN8720A 的软复位、SR8201F 复位后延时 200ms），并确保 `CONFIG_SMSC_PHY` 等被编进内核。

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## 参考

- `40_第三十五章 Linux内核顶层Makefile详解.pdf`
- `42_第三十七章 Linux内核移植.pdf`
- 关联：[[06-系统移植与启动/01-U-Boot命令与使用]] | [[06-系统移植与启动/02-U-Boot启动流程]] | [[06-系统移植与启动/04-根文件系统构建]]

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**内容来源**: 《I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》第35章 Linux内核顶层Makefile详解、第37章 Linux内核移植