交叉编译环境下对linux内核编译

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本文基于ubuntu，以目标arm64为例，搭建交叉编译环境，并对linux4.19.186内核源码进行交叉编译。

所谓的交叉编译是：编译环境的平台与编译成果所要运行的平台，不是一类平台。通常指X86平台下编译的成果，提供给arm下要运行的程序或内核。因此需要交叉编译工具链来解决平台差异化问题 。

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工具和源码准备

1、下载交叉编译工具链
工具链官方路径：
http://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/

也可以到国内源网站下载更快：
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain

arm64用的工具链是包含aarch64关键字，选择最新版本下载并解压：

wget  https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/armbian-releases/_toolchain/gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz
tar -xvf gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz

对于交叉编译工具链，做一些如下补充说明：

1、通常不同内核版本对编译工具版本有最低要求，可以查看Documentation/Changes文档有描述，如下对于4.19.186内核的编译工具最低版本为V4.6。

2、GCC 的命名规则为： arch [-vendor] [-os] [-(gnu)eabi]-gcc
比如 arm-linux-gnueabi-gcc ，arm-none-eabi-gcc， aarch64-linux-gnu-gcc
• 带 [] 的是可选部分。
• arch： 芯片架构，比如 32 位的 Arm 架构对应的 arch 为 arm，64 位的 Arm 架构对应的 arch 为 aarch64。
• vendor ：工具链提供商，大部分工具链名字里面都没有包含这部分。
• os ：编译出来的可执行文件(目标文件)针对的操作系统，比如 Linux。
arm-none-eabi-gcc 一般适用用于 Arm Cortex-M/Cortex-R 平台，它使用的是 newlib 库。
arm-linux-gnueabi-gcc 和 aarch64-linux-gnu-gcc 适用于 Arm Cortex-A 系列芯片，前者针对 32 位芯片，后者针对 64 位芯片，它使用的是 glibc 库。可以用来编译 u-boot、linux kernel 以及应用程序。
另外需要补充一点的是，32 位的 Arm 和 64 位的 Arm，它们的指令集是不同的，所以需要使用不同的工具链编译。

2、下载linux源码

到linux官网：https://cdn.kernel.org
下载源码：4.19.186，并解压

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.19.186.tar.xz
tar -xvf linux-4.19.186.tar.xz

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安装交叉编译环境

1、随便创建一个路径来存放工具链：/usr/bin/toolchain，整个目录拷贝到路径下：

root@ubuntu:/home/ldy/# mkdir /usr/bin/toolchain
root@ubuntu:/home/ldy# cp gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_aarch64-linux-gnu /usr/bin/toolchain/ -rf

2、设置环境变量，加入工具链存放的路径

root@ubuntu:/home/ldy# export PATH=$PATH:/usr/bin/toolchain/gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/
root@ubuntu:/home/ldy# echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/:/usr/bin/toolchain/gcc-linaro-7.4.1-2019.02-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/

3、判断工具链加入是否正常

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linux源码编译

做make交叉编译时候需要指定平台架构和编译工具：
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

如果不加参数，可以直接修改顶层Makefile里变量
ARCH ?= arm64
CROSS_COMPILE ?= aarch64-linux-gnu-

1、配置.config
配置.config有两种方法：

• make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- menuconfig
  图形化手动配置并保存。
• 选择对于芯片架构已配置好的config，进入arch/arm64/configs/，如果要选择defconfig替换.config配置文件，则执行：
  make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- defconfig

 root@ubuntu:/home/ldy/linux-4.19.186# cd arch/arm64/configs/
root@ubuntu:/home/ldy/linux-4.19.186/arch/arm64/configs# ls
defconfig

2、编译

make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j4

• -j4 表示4个cpu核心同时编译，加快编译速度。
  如上默认生成Image，如果要编译生成对应target镜像文件，如uImage，可以在后面加上uImage.

• 查看源码该架构（arm64）下支持哪些target镜像，可以采用help查看。
  make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- help |grep image -i
  
  没有对应uImage、bzImage等的target，只有Image 和Image.gz, 因此默认生成Image内核镜像文件。
  从该源码的arch/arm64/MakefileMakefile下，也是可以查看支持哪些target的。
  

• 补充：几种内核镜像文件关系

vmlinux： 编译出来的最原始的内核文件，未压缩。
zImage： bzImage 是vmlinux经过gzip压缩后的文件（内核比较小采用zimage 大内核采用bzimage）。
uImage： U-boot专用的映像文件，在zImage之前加上一个长度为0x40的tag（文件的类型、加载位置、生成时间、大小等信息）

内核安装

1、如果是本机安装内核的话，在编译后直接执行：

make modules_install  #安装模块
make install          #安装内核

2、 但由于是交叉环境，需要将编译的成果物安装到arm64系统机上。

• make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- modules_install
  拷贝/lib/modules/ 到目标系统的/lib/modules/下

• 拷贝 arch/ arm64/boot/zImage 到目标系统/boot下

• 拷贝System.map 到目标系统/boot下

（可以参考arch/arm64/boot/install.sh安装脚本）

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一些报错处理

1、make menuconfig时遇到的报错
scripts/Makefile.lib:196: recipe for target ‘scripts/kconfig/zconf.tab.c’ failed

解决方法：
安装如下两软件

• apt-get install bison
• apt-get install flex

2、编译报错
scripts/extract-cert.c:21:10: fatal error: openssl/bio.h: No such file or directory

解决方法：

• 安装： apt-get install libssl-dev