第三章 Linux内核基础：内核源码结构、内核配置系统与编译

好，咱们进入正题。这一章讲的是Linux内核的基础，说白了就是你要先搞清楚内核这玩意儿长什么样，怎么配置，怎么编译。我在高通平台上调驱动这么多年，发现很多新人上来就写代码，结果连内核目录是干嘛的都不知道，编译报错更是两眼一抹黑。嗯，咱们先把地基打牢。

3.1 内核源码结构：别迷路

你下载完Linux内核源码，解压后第一眼看到一堆目录，别慌。我个人的习惯是，先看顶层目录，记住几个关键的：

• arch/：架构相关代码。比如arch/arm、arch/arm64、arch/x86。高通芯片基本都是arm64，所以你大部分时间会泡在arch/arm64里。
• drivers/：驱动代码。这是咱们的主战场。里面按设备类型分，比如i2c、spi、gpio、usb、net等等。高通平台很多外设驱动都在这里。
• include/：头文件。内核API、数据结构定义都在这里。include/linux/是通用头文件，include/asm-arm64/是架构相关的。
• kernel/：内核核心代码，比如进程调度、中断管理。这部分咱们一般不动，但得知道它在哪。
• mm/：内存管理。写驱动时偶尔会涉及，比如dma内存分配。
• Documentation/：文档。说实话，有些文档写得比代码还难懂，但遇到不懂的宏或者API，先来这里翻翻。

3.2 内核配置系统：Kconfig与Makefile

配置内核，说白了就是告诉编译器：我要哪些功能，不要哪些功能。高通平台的内核配置尤其复杂，因为芯片集成的外设太多了。

3.2.1 Kconfig：菜单是怎么来的

Kconfig文件定义了配置选项。比如你在drivers/i2c/Kconfig里会看到：

config I2C_QUP
    tristate "Qualcomm Universal Peripheral (QUP) I2C controller"
    depends on ARCH_QCOM
    help
      Say Y here to enable the QUP I2C controller driver.
      This driver can also be built as a module.

这里有几个关键点：

• tristate：三态，Y（编译进内核）、M（编译成模块）、N（不编译）。
• depends on：依赖关系。比如这个驱动依赖ARCH_QCOM，如果你没选高通平台，这个选项就不会出现。
• help：帮助信息。我建议你养成看help的习惯，里面经常有硬件配置的提示。

3.2.2 Makefile：编译规则

Makefile告诉编译器怎么编译。还是拿I2C驱动举例，在drivers/i2c/Makefile里：

obj-$(CONFIG_I2C_QUP) += i2c-qup.o

这行代码的意思是：如果CONFIG_I2C_QUP被配置为Y或M，就编译i2c-qup.c。如果配置为N，就不编译。

你可能会问：为什么是obj-y、obj-m？

• obj-y：编译进内核镜像。
• obj-m：编译成独立的.ko模块。
• obj-n：不编译。

高通平台经常会有多级目录，比如：

obj-$(CONFIG_MSM_VIDC) += msm/
obj-$(CONFIG_MSM_VIDC) += msm/vidc/

这种写法表示如果配置了MSM_VIDC，就递归进入msm/和msm/vidc/目录编译。

3.3 内核编译与模块编译

好了，配置写完了，怎么编译？这里我分两种情况讲：编译整个内核，和单独编译一个模块。

3.3.1 编译整个内核

高通平台通常用这个流程：

# 1. 配置内核
make ARCH=arm64 defconfig        # 使用默认配置
# 或者
make ARCH=arm64 menuconfig       # 图形化配置界面

# 2. 编译内核
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j8

# 3. 编译设备树
make ARCH=arm64 dtbs

这里要注意：

• CROSS_COMPILE：交叉编译工具链前缀。高通平台一般用aarch64-linux-gnu-或者arm-linux-gnueabihf-。
• -j8：并行编译，8个线程。根据你电脑CPU核数来设，别设太大，否则电脑会卡死。我吃过这个亏，一次设了-j32，结果编译到一半内存爆了。

3.3.2 单独编译模块

开发驱动时，你不可能每次都编译整个内核。太慢了。单独编译模块的方法：

# 进入驱动目录
cd drivers/i2c/

# 编译单个模块
make -C /path/to/kernel M=$(pwd) modules

# 或者指定模块
make -C /path/to/kernel M=$(pwd) modules CONFIG_I2C_QUP=m

这里-C指定内核源码路径，M指定模块源码路径。编译出来的.ko文件就在当前目录。

3.3.3 模块加载与卸载

编译出.ko文件后，怎么用？

# 加载模块
insmod i2c-qup.ko

# 查看模块信息
modinfo i2c-qup.ko

# 卸载模块
rmmod i2c-qup

# 查看已加载模块
lsmod | grep i2c

这里有个坑：insmod和modprobe的区别。insmod是直接加载，不处理依赖。modprobe会自动加载依赖模块。高通平台驱动依赖关系复杂，我建议你用modprobe。

3.4 高通平台的特殊之处

高通的内核和主线Linux内核有些区别。我总结几点：

• 设备树覆盖：高通平台经常用设备树覆盖（DT overlay）机制。比如一个芯片支持多个硬件版本，通过不同的.dts overlay文件来适配。
• 私有模块：drivers/soc/qcom/目录下有很多高通私有的驱动，比如smem、smp2p、glink。这些是芯片间通信的基础，写驱动时经常要调用它们的API。
• 编译脚本：高通有自己的编译脚本，比如build/目录下的脚本。我建议你直接用高通的编译脚本，别自己写Makefile，否则很容易漏掉一些私有头文件路径。

嗯，这一章的内容就这些。说白了，内核源码结构就是让你知道东西在哪，Kconfig/Makefile是配置和编译的规则，编译命令是实际操作。把这些搞明白，后面写驱动时就不会一头雾水了。

下一章咱们开始讲真正的驱动开发——字符设备驱动。到时候我会拿一个高通平台的GPIO驱动做例子，手把手带你走一遍。