目录

前言

顶层 Makefile

源码简析

版本号

MAKEFLAGS 变量

命令输出

静默输出

设置编译结果输出目录

代码检查

模块编译

设置目标架构和交叉编译器

调用 scripts/Kbuild.include 文件

交叉编译工具变量设置

头文件路径变量

导出变量

make xxx_defconfig 过程

Makefile.build 脚本分析

scripts_basic 目标对应的命令

%config 目标对应的命令

---

前言

在移植linux内核之前，我们先来学习一下 Linux 内核的顶层 Makefile 文件，因为顶层 Makefile 控制着 Linux 内核的编译流程。

顶层 Makefile

Linux 的顶层 Makefile 和 uboot 的顶层 Makefile 非常相似，感兴趣的可以看下：U-Boot 顶层 Makefile 简析。

源码简析

版本号

顶层 Makefile 一开始就是 Linux 内核的版本号，如下所示：

VERSION = 4
PATCHLEVEL = 1
SUBLEVEL = 15
EXTRAVERSION =

可以看出， Linux 内核版本号为 4.1.15。

MAKEFLAGS 变量

MAKEFLAGS 变量设置如下所示：

MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)

选项	作用
-r	​​禁用内置规则​​：取消Make预定义的隐式规则（如.c.o的自动编译规则）
-R	​​禁用内置变量​​：忽略Make预定义的隐含变量（如CC, CFLAGS等）
--include-dir=$(CURDIR)	​​指定头文件搜索路径​​：将当前目录加入头文件搜索路径

命令输出

Linux 编译的时候也可以通过“V=1”来输出完整的命令，这个和 uboot 一样，相关代码如下所示：

# 检查变量V是否来自命令行参数
ifeq ("$(origin V)", "command line")KBUILD_VERBOSE = $(V)  # 如果通过make V=1调用，则继承该值
endif# 设置默认详细级别（未指定时默认为0）
ifndef KBUILD_VERBOSEKBUILD_VERBOSE = 0      # 默认关闭详细输出模式
endif# 根据详细级别设置编译行为
ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)quiet =                 # 空值表示显示完整命令Q =                     # 空值取消命令隐藏
elsequiet = quiet_          # 前缀用于生成简洁日志Q = @                   # @符号隐藏命令回显
endif

静默输出

Linux 编译的时候使用“make -s”就可实现静默编译，编译的时候就不会打印任何的信息，同 uboot 一样，相关代码如下：

# 检测Make版本是否为4.x系列
ifneq ($(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)),)  # make-4.x版本处理逻辑# 检查MAKEFLAGS是否包含-s选项（静默模式）ifneq ($(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS))),)quiet=silent_  # 启用静默模式输出前缀endif
else  # make-3.8x版本处理逻辑# 兼容旧版本make的-s选项检测ifneq ($(filter s% -s%,$(MAKEFLAGS)),)quiet=silent_  # 启用静默模式输出前缀endif
endif# 导出关键变量到子make进程
export quiet Q KBUILD_VERBOSE

设置编译结果输出目录

Linux 编译的时候使用“O=xxx”即可将编译产生的过程文件输出到指定的目录中，相关代码如下：

# 检查是否在源码目录内构建（KBUILD_SRC为空表示是）
ifeq ($(KBUILD_SRC),)# 当前直接在内核源码目录执行make# 检测是否通过命令行参数O指定输出目录ifeq ("$(origin O)", "command line")KBUILD_OUTPUT := $(O)  # 使用用户指定的输出目录路径endif
endif

代码检查

Linux 也支持代码检查：

• 使用命令“make C=1”使能代码检查，检查那些需要重新编译的文件。
• “make C=2”用于检查所有的源码文件。

顶层 Makefile 中的代码如下：

# 检查变量C是否来自命令行参数（如 make C=1）
ifeq ("$(origin C)", "command line")KBUILD_CHECKSRC = $(C)  # 继承用户指定的值
endif# 设置默认源码检查级别（未指定时默认为0）
ifndef KBUILD_CHECKSRCKBUILD_CHECKSRC = 0      # 默认关闭源码检查
endif

模块编译

Linux 允许单独编译某个模块，使用命令“make M=dir”即可，旧语法“make SUBDIRS=dir”也是支持的。

顶层 Makefile 中的代码如下：

# 处理外部模块构建目录指定方式（两种兼容语法）
# 1. 老式语法：make ... SUBDIRS=$PWD
# 2. 新式语法：make M=dir
# 环境变量 KBUILD_EXTMOD 优先级最高
ifdef SUBDIRSKBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS)  # 兼容旧版SUBDIRS参数
endif# 检查命令行是否指定M参数
ifeq ("$(origin M)", "command line")KBUILD_EXTMOD := $(M)  # 使用新式M参数指定模块目录
endif# 根据是否构建外部模块设置默认构建目标
# 内部构建：依赖all目标
# 外部模块构建：依赖modules目标
PHONY += all
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)_all: all       # 常规内核构建
else_all: modules   # 外部模块构建
endif# 设置源码树路径
ifeq ($(KBUILD_SRC),)# 在源码目录内构建srctree := .    # 源码树设为当前目录
elseifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir $(CURDIR)))# 在源码树的子目录构建srctree := ..  # 源码树设为上级目录else# 完全外部构建srctree := $(KBUILD_SRC)  # 使用指定的源码树路径endif
endif# 设置对象树路径（总是当前目录）
objtree := .
src := $(srctree)    # 源码路径别名
obj := $(objtree)    # 构建路径别名# 设置VPATH（Makefile搜索路径）
# 包含源码树和外部模块目录（如果指定）
VPATH := $(srctree)$(if $(KBUILD_EXTMOD),:$(KBUILD_EXTMOD))# 导出关键路径变量
export srctree objtree VPATH

外部模块编译过程和 uboot 也一样，最终导出 srctree、 objtree 和 VPATH 这三个变量的值，其中 srctree=.，也就是当前目录， objtree 同样为“.”。

设置目标架构和交叉编译器

同 uboot 一样， Linux 编译的时候需要设置目标板架构ARCH 和交叉编译器 CROSS_COMPILE，在顶层 Makefile 中代码如下：

ARCH ?= $(SUBARCH)
CROSS_COMPILE ?= $(CONFIG_CROSS_COMPILE:"%"=%)

为了方便，一般直接修改顶层 Makefile 中的 ARCH 和 CROSS_COMPILE，直接将其设置为对应的架构和编译器，比如本教程将 ARCH 设置为为 arm， CROSS_COMPILE 设置为 armlinux-gnueabihf-，如下所示：

ARCH ?= arm
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-

设置好以后我们就可以使用如下命令编译 Linux 了：

make xxx_defconfig //使用默认配置文件配置 Linux
make menuconfig //启动图形化配置界面
make -j16 //编译 Linux

调用 scripts/Kbuild.include 文件

同 uboot 一样， Linux 顶层 Makefile 也会调用文件 scripts/Kbuild.include，

顶层 Makefile 相应代码如下：

# We need some generic definitions (do not try to remake the file).
scripts/Kbuild.include: ;
include scripts/Kbuild.include

交叉编译工具变量设置

顶层 Makefile 中其他和交叉编译器有关的变量设置如下：

# 汇编器 (Assembler)
AS = $(CROSS_COMPILE)as      # 用于将汇编代码编译为目标文件# 链接器 (Linker)
LD = $(CROSS_COMPILE)ld      # 负责目标文件的链接和重定位# C编译器 (C Compiler)
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc     # 主编译工具，处理C语言源文件# 预处理器 (C Preprocessor)
CPP = $(CC) -E               # 只进行预处理不编译（-E选项）# 静态库工具 (Archiver)
AR = $(CROSS_COMPILE)ar      # 创建和管理静态库(.a文件)# 符号表查看器 (Symbol Lister)
NM = $(CROSS_COMPILE)nm      # 列出目标文件的符号表# 二进制精简工具 (Binary Stripper)
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip # 去除调试符号减小文件体积# 二进制转换工具 (Object Copier)
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy # 转换目标文件格式# 反汇编工具 (Object Dumper)
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump # 反汇编和调试信息提取

LA、 LD、 CC 等这些都是交叉编译器所使用的工具。

头文件路径变量

顶层 Makefile 定义了两个变量保存头文件路径： USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE，

相关代码如下：

# 用户空间头文件包含路径（UAPI接口）
USERINCLUDE := \-I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include/uapi \        # 架构特定UAPI头文件-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \        # 生成的架构UAPI头文件-I$(srctree)/include/uapi \                        # 通用UAPI头文件-Iinclude/generated/uapi \                         # 生成的通用UAPI头文件-include $(srctree)/include/linux/kconfig.h        # 强制包含kconfig头文件# 内核空间头文件包含路径（兼容O=外部构建选项）
LINUXINCLUDE := \-I$(srctree)/arch/$(hdr-arch)/include \            # 架构特定内核头文件-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated/uapi \        # 生成的架构UAPI头文件（重复）-Iarch/$(hdr-arch)/include/generated \            # 生成的架构私有头文件$(if $(KBUILD_SRC), -I$(srctree)/include) \       # 外部构建时包含源码树头文件-Iinclude \                                       # 当前构建目录头文件$(USERINCLUDE)                                    # 包含用户空间路径

LINUXINCLUDE变量，其中srctree=.， hdr-arch=arm， KBUILD_SRC 为空，因此，将 USERINCLUDE 和 LINUXINCLUDE 展开以后为：

USERINCLUDE := \
-I./arch/arm/include/uapi \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-I./include/uapi \
-Iinclude/generated/uapi \
-include ./include/linux/kconfig.hLINUXINCLUDE := \
-I./arch/arm/include \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-Iarch/arm/include/generated \
-Iinclude \
-I./arch/arm/include/uapi \
-Iarch/arm/include/generated/uapi \
-I./include/uapi \
-Iinclude/generated/uapi \
-include ./include/linux/kconfig.h

导出变量

顶层 Makefile 会导出很多变量给子 Makefile 使用，导出的这些变量如下：

# 内核版本信息导出（用于版本标识）
export VERSION PATCHLEVEL SUBLEVEL KERNELRELEASE KERNELVERSION# 基础构建配置导出
export ARCH SRCARCH CONFIG_SHELL  # 架构和shell配置
export HOSTCC HOSTCFLAGS          # 主机工具链（用于构建host程序）
export CROSS_COMPILE              # 交叉编译前缀（如arm-linux-gnueabi-）
export AS LD CC                   # 核心工具链（汇编器、链接器、编译器）# 二进制工具集导出
export CPP AR NM STRIP OBJCOPY OBJDUMP  # 预处理器、静态库、符号表等工具# 脚本解释器和工具
export MAKE AWK GENKSYMS INSTALLKERNEL  # make/awk/符号生成工具/内核安装脚本
export PERL PYTHON                     # 脚本解释器
export UTS_MACHINE                     # 机器标识符# 主机C++工具链（用于需要C++的构建步骤）
export HOSTCXX HOSTCXXFLAGS# 模块构建专用参数
export LDFLAGS_MODULE  # 模块链接参数# 代码检查工具
export CHECK CHECKFLAGS  # 静态分析工具（如sparse）# 预处理和包含路径
export KBUILD_CPPFLAGS NOSTDINC_FLAGS LINUXINCLUDE  # 预处理标志和头文件路径# 二进制工具参数
export OBJCOPYFLAGS LDFLAGS  # objcopy和链接器参数# C编译器标志集
export KBUILD_CFLAGS          # 全局C标志
export CFLAGS_KERNEL         # 内核核心编译标志
export CFLAGS_MODULE         # 模块编译标志
export CFLAGS_GCOV           # GCOV覆盖率测试标志
export CFLAGS_KASAN          # KASAN内存检测标志# 汇编器标志集
export KBUILD_AFLAGS         # 全局汇编标志
export AFLAGS_KERNEL         # 内核核心汇编标志
export AFLAGS_MODULE         # 模块汇编标志# 模块构建专用标志
export KBUILD_AFLAGS_MODULE KBUILD_CFLAGS_MODULE KBUILD_LDFLAGS_MODULE# 内核核心构建专用标志
export KBUILD_AFLAGS_KERNEL KBUILD_CFLAGS_KERNEL# 静态库工具参数
export KBUILD_ARFLAGS  # ar命令参数

make xxx_defconfig 过程

第一次编译 Linux 之前都要使用“make xxx_defconfig”先配置 Linux 内核，在顶层 Makefile中有“%config”这个目标，如下所示：

# 初始化构建模式标志
config-targets := 0    # 是否为配置目标（如menuconfig）
mixed-targets := 0     # 是否混合了配置和编译目标
dot-config := 1        # 是否需要读取.config文件# 检查是否需要忽略.config（针对clean/mrproper等目标）
ifneq ($(filter $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)ifeq ($(filter-out $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),)dot-config := 0  # 当只有clean类目标时禁用.config依赖endif
endif# 检测配置类目标（仅在内核构建时检查）
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)ifneq ($(filter config %config,$(MAKECMDGOALS)),)config-targets := 1  # 标记为配置目标ifneq ($(words $(MAKECMDGOALS)),1)mixed-targets := 1  # 多个目标混合时标记endifendif
endif# 混合目标处理（如 make menuconfig all）
ifeq ($(mixed-targets),1)PHONY += $(MAKECMDGOALS) __build_one_by_one# 将目标重定向到顺序执行$(filter-out __build_one_by_one, $(MAKECMDGOALS)): __build_one_by_one@:  # 空命令# 逐个目标执行__build_one_by_one:$(Q)set -e; \for i in $(MAKECMDGOALS); do \$(MAKE) -f $(srctree)/Makefile $$i; \done# 纯配置目标处理（如 make menuconfig）
else ifeq ($(config-targets),1)# 包含架构相关配置include arch/$(SRCARCH)/Makefileexport KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG# 处理config类目标config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@%config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@# 常规构建目标处理
else# [常规构建流程...]
endif

这段代码里，最开始是设置定义变量 config-targets、 mixed-targets 和 dot-config的值，最终这三个变量的值为：

config-targets= 1
mixed-targets= 0
dot-config= 1

因此会引用 arch/arm/Makefile 这个文件，这个文件很重要，因为 zImage、 uImage 等这些文件就是由 arch/arm/Makefile 来生成的。

“make xxx_defconfig”与目标“%config”匹配，因此执行。

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@

“%config”依赖scripts_basic、 outputmakefile 和 FORCE，“%config”真正有意义的依赖就只有 scripts_basic。

 scripts_basic 的规则如下：

scripts_basic:
$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic
$(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount

其中，build 定义在文件 scripts/Kbuild.include 中，值为：

build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj

因此 scripts_basic展开为：

scripts_basic:
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic //也可以没有@，视配置而定
@rm -f . tmp_quiet_recordmcount //也可以没有@

所以目标“%config”代入scripts_basic的值，展开为：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

Makefile.build 脚本分析

我们现在已经知道：“ make xxx_defconfig“配置 Linux 的时候如下两行命令会执行脚本scripts/Makefile.build：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

scripts_basic 目标对应的命令

打开文件 scripts/Makefile.build，有如下代码：

# Kbuild文件优先级高于Makefile
# 确定子目录路径（支持绝对路径和相对路径）
kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src))# 确定构建规则文件名（优先查找Kbuild，不存在则用Makefile）
kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile)# 包含找到的构建规则文件
include $(kbuild-file)

其中：将 kbuild-dir、kbuild-file都展开代入：

kbuild-dir =./scripts/basic
kbuild-file = ./scripts/basic/Makefile
include ./scripts/basic/Makefile

继续分析 scripts/Makefile.build，如下代码：

# 默认构建目标（通过__build伪目标实现）
__build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \$(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \$(subdir-ym) $(always)@:  # 空命令（实际工作由依赖项完成）

__build 是默认目标，在顶层 Makefile 中， KBUILD_BUILTIN 为 1， KBUILD_MODULES 为空，因此展开后目标__build 为：

__build:$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) $(subdir-ym) $(always)@:

可以看出目标__build 有 5 个依赖： builtin-target、 lib-target、 extra-y、 subdir-ym 和 always。这 5 个依赖的具体内容如下：

builtin-target =
lib-target =
extra-y =
subdir-ym =
always = scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c

只有 always 有效，因此__build 最终为：

__build: scripts/basic/fixdep scripts/basic/bin2c@:

__build 依赖于 scripts/basic/fixdep 和 scripts/basic/bin2c，所以要先将 scripts/basic/fixdep 和scripts/basic/bin2c.c 这两个文件编译成 fixdep 和 bin2c。

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic

综上所述， scripts_basic 目标的作用就是编译出 scripts/basic/fixdep 和 scripts/basic/bin2c 这两个软件。

%config 目标对应的命令

%config 目 标 对 应 的 命 令 为 ：

@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

此命令会使用到的各个变量值如下：

src= scripts/kconfig
kbuild-dir = ./scripts/kconfig
kbuild-file = ./scripts/kconfig/Makefile
include ./scripts/kconfig/Makefile

可以看出， Makefile.build 会读取 scripts/kconfig/Makefile 中的内容，

此文件有如下所示内容：

 %_defconfig: $(obj)/conf$(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@
$(Kconfig)

目标%_defconfig 与 xxx_defconfig 匹配，所以会执行这条规则，将其展开就是：

%_defconfig: scripts/kconfig/conf
@ scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/arm/configs/%_defconfig Kconfig

_defconfig依赖scripts/kconfig/conf，所以会编译scripts/kconfig/conf.c生成conf 这个软件。

此软件就会将%_defconfig 中的配置输出到.config 文件中，最终生成 Linux kernel 根目录下的.config 文件。

我们下一讲内容再来说明make 过程、built-in.o 文件编译生成过程、make zImage 过程。