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"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" ---

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。

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
正点原子出厂	`linux-imx-4.1.15-2.1.0-g8a006db.tar.bz2`	已适配 I.MX6U-ALPHA，含编译脚本

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

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

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：

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。

# 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

# 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）

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）

# 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

#
# 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：

先跑通，再裁剪：用官方 defconfig 编译并能正常启动后，再逐项瘦身。
按需保留：只保留目标产品真正用到的驱动、文件系统、协议。
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。
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。
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：

# 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：

# ---- 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

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

两种用法，二选一：

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

# 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

# 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：

_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：

# 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）：

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：

$(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：

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：

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：

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）	会删（4.1.15 行为）
`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 savedefconfig 固化，否则脚本一跑，配置全没。

5.2 默认配置

# 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

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

5.4 并行编译

# -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）：

#!/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

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：

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）：

# 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：

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 clean` 后配置丢失	`clean` 会删 `.config`	先 `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`

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：

# 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：

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-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

# 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：

# 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

七、跨平台对比

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。

八、面试精选

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。

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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