深入解析Android 虚拟机
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1.4 编译Android Kernel

编译Android Kernel代码就是编译Android内核代码，在进行具体编译工作之前，需要先了解在Android开源系统中包含的以下3部分代码。

仿真器公共代码：对应的工程名是kernel/common.get。

MSM平台的内核代码：对应的工程名是kernel/msm.get。

OMAP平台的内核代码：对应的工程名是kernel/omap.get。

在本节的内容中，将详细讲解编译上述Android Kernel的基本知识。

1.4.1 获取Goldfish内核代码

Goldfish是一种虚拟的ARM处理器，通常在Android的仿真环境中使用。在Linux的内核中，Goldfish作为ARM体系结构的一种“机器”。在Android的发展过程中，Goldfish内核的版本也从Linux 2.6.25升级到了Linux 3.4，此处理器的Linux内核和标准的Linux内核有以下3个方面的差别。

Goldfish机器的移植。

Goldfish一些虚拟设备的驱动程序。

Android中特有的驱动程序和组件。

Goldfish处理器有两个版本，分别是ARMv5和ARMv7，在一般情况下，只需使用ARMv5版本即可。在Android开源工程的代码仓库中，使用git工具得到Goldfish内核代码的命令如下所示：

        $ git clone git://android.git.kernel.org/kernel/common.git

在其Linux源代码的根目录中，配置和编译Goldfish内核的过程如下所示：

        $make ARCH=arm goldfish_defconfig .config
        $make ARCH=arm CROSS_COMPILE={path}/arm-none-linux-gnueabi-

其中，CROSS_COMPILE的path值用于指定交叉编译工具的路径。

编译结果如下所示：

        LD vmlinux
        SYSMAP system.map
        SYSMAP .tmp_system.map
        OBJCOPY arch/arm/boot/Image
        Kernel: arch/arm/boot/Image is ready
        AS arch/arm/boot/compressed/head.o
        GZIP arch/arm/boot/compressed/piggy.gz
        AS arch/arm/boot/compressed/piggy.o
        CC arch/arm/boot/compressed/misc.o
        LD arch/arm/boot/compressed/vmlinux
          OBJCONPY arch/arm/boot/zImage
          Kernel: arch/arm/boot/zImage is ready

vmlinux：是Linux进行编译和连接之后生成的Elf格式的文件。

Image：是未经过压缩的二进制文件。

piggy：是一个解压缩程序。

zImage：是解压缩程序和压缩内核的组合。

在Android源代码的根目录中，vmlinux和zImage分别对应Android代码prebuilt中的预编译的ARM内核。使用zImage可以替换prebuilt中的“prebuilt/android-arm/”目录下的goldfish_defconfig，此文件的主要片断如下所示：

        CONFIG_ARM=y
        #
        # System Type
        #
        CONFIG_ARCH_GOLDFISH=y
        #
        # Goldfish options
        #
        CONFIG_MACH_GOLDFISH=y
        # CONFIG_MACH_GOLDFISH_ARMV7 is not set

因为GoldFish是ARM处理器，所以CONFIG_ARM宏需要被使能，CONFIG_ARCH_GOLDFISH和CONFIG_MACH_GOLDFISH宏是GoldFish处理器这类机器使用的配置宏。

在gildfish_defconfig中，与Android系统相关的宏如下所示：

        #
        # android
        #
        CONFIG_ANDROID=y
        CONFIG_ANDROID_BUNDER_IPC=y #binder ipc驱动程序
        CONFIG_ANDROID_LOGGER=y #log记录器驱动程序
        # CONFIG_ANDROID_RAM_CONSOLE is not set
        CONFIG_ANDROID_TIMED_OUTPUT=y #定时输出驱动程序框架
        CONFIG_ANDROID_LOW_MEMORY_KILLER=y
        CONFIG_ANDROID_PMEM=y #物理内存驱动程序
        CONFIG_ASHMEM=y #匿名共享内存驱动程序
        CONFIG_RTC_INTF_ALARM=y
        CONFIG_HAS_WAKELOCK=y电源管理相关的部分wakelock和earlysuspend
        CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND=y
        CONFIG_WAKELOCK=y
        CONFIG_WAKELOCK_STAT=y
        CONFIG_USER_WAKELOCK=y
        CONFIG_EARLYSUSPEND=y
        goldfish_defconfig配置文件中，另外有一个宏是处理器虚拟设备的“驱动程序”，其内容如下所示：
        CONFIG_MTD_GOLDFISH_NAND=y
        CONFIG_KEYBOARD_GOLDFISH_EVENTS=y
        CONFIG_GOLDFISH_TTY=y
        CONFIG_BATTERY_GOLDFISH=y
        CONFIG_FB_GOLDFISH=y
        CONFIG_MMC_GOLDFISH=y
        CONFIG_RTC_DRV_GOLDFISH=y

在Goldfish处理器的各个配置选项中，体系结构和Goldfish的虚拟驱动程序基于标准Linux内容的驱动程序框架，但是这些设备在不同硬件平台的移植方式不同；Android专用的驱动程序是Android中特有的内容，非Linux标准，但是和硬件平台无关。

和原Linux内核相比，Android内核增加了Android的相关驱动（Driver），对应的目录如下所示：

        kernel/drivers/android

Android的相关驱动主要分为以下几类驱动。

Android IPC系统：Binder (binder.c)。

Android日志系统：Logger (logger.c)。

Android电源管理：Power (power.c)。

Android闹钟管理：Alarm (alarm.c)。

Android内存控制台：Ram_console (ram_console.c)。

Android时钟控制的gpio:Timed_gpio (timed_gpio.c)。

对于本书讲解的驱动程序开发来说，我们比较关心的是GoldFish平台下相关的驱动文件，具体说明如下所示。

（1）字符输出设备：

        kernel/drivers/char/goldfish_tty.c

（2）图象显示设备(Frame Buffer)：

        kernel/drivers/video/goldfishfb.c

（3）键盘输入设备文件：

        kernel/drivers/input/keyboard/goldfish_events.c

（4）RTC设备(Real Time Clock)文件：

        kernel/drivers/rtc/rtc-goldfish.c

（5）USB Device设备文件：

        kernel/drivers/usb/gadget/android_adb.c

（6）SD卡设备文件：

        kernel/drivers/mmc/host/goldfish.c

（7）FLASH设备文件：

        kernel/drivers/mtd/devices/goldfish_nand.c
        kernel/drivers/mtd/devices/goldfish_nand_reg.h

（8）LED设备文件：

        kernel/drivers/leds/ledtrig-sleep.c

（9）电源设备：

        kernel/drivers/power/goldfish_battery.c

（10）音频设备：

        kernel/arch/arm/mach-goldfish/audio.c

（11）电源管理：

        kernel/arch/arm/mach-goldfish/pm.c

（12）时钟管理：

        kernel/arch/arm/mach-goldfish/timer.c

1.4.2 获取MSM内核代码

在目前市面上，谷歌的手机产品G1是基于MSM内核的，MSM是高通公司的应用处理器，在Android代码库中公开了对应的MSM的源代码。在Android开源工程的代码仓库中，使用Git工具得到MSM内核代码的命令如下所示：

        $ git clone git://android.git.kernel.org/kernel/msm.git

1.4.3 获取OMAP内核代码

OMAP是德州仪器公司的应用处理器，为Android使用的是OMAP3系列的处理器。在Android代码库中公开了对应的OMAP的源代码，使用Git工具得到OMAP内核代码的命令如下所示：

        $ git clone git://android.git.kernel.org/kernel/omap.git

1.4.4 编译Android的Linux内核

了解了上述3类Android内核后，下面开始讲解编译Android内核的方法。在此以Ubuntu 8.10为例，完整编译Android内核的流程如下。

（1）构建交叉编译环境。

Android的默认硬件处理器是ARM，因此需要在自己的机器上构建交叉编译环境。交叉编译器GNU Toolchain for ARM Processors下载地址如下所示：

        http://www.codesourcery.com/gnu_toolchains/arm/download.html

单击GNU/Linux对应的链接，再单击“Download Sourcery CodeBench Lite 5.12012.03-117”链接后直接下载，如图1-20所示。

图1-20 下载交叉编译器

把arm-2008q3-71-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux- gnu.tar.bz2解压到一目录下，例如“～/programes/”，并加入PATH环境变量：

        vim ～/.bashrc

然后添加：

        ARM_TOOLCHIAN=～/programes/arm-2008q3/bin/
        export PATH=${PATH}:${ARM_TOOLCHIAN};

保存后并source ～/.bashrc。

（2）获取内核源码，源码地址如下所示：

        http://code.google.com/p/android/downloads/list

选择的内核版本要与选用的模拟器版本尽量一致。下载并解压后得到kernel.git文件夹。

        tar -xvf ～/download/linux-3.2.5-android-4.3_r1.tar.gz

（3）获取内核编译配置信息文件。

编译内核时需要使用configure，通常configure有很多选项，我们往往不知道需要那些选项。在运行Android模拟器时，有一个文件“/proc/config.gz”，这是当前内核的配置信息文件，把config.gz获取并解压到“kernel.git/”下，然后改名为．config。命令如下所示：

        cd kernel.git/
        emulator &
        adb pull /proc/config.gz
        gunzip config.gz
        mv config .config

（4）修改Makefile。

修改195行的代码：

        CROSS_COMPILE   = arm-none-linux-gnueabi-

将CROSS_COMPILE值改为arm-none-linux-gnueabi-，这是安装的交叉编译工具链的前缀，修改此处意在告诉make在编译的时候要使用该工具链。然后注释掉562和563行的如下代码：

        #LDFLAGS_BUILD_ID = $(patsubst -Wl$(comma)%, %, /
        #                    $(call ld-option, -Wl$(comma)--build-id, ))

必须将上述代码中的build id值注释掉，因为目前版本的Android内核不支持该选项。

（5）编译。

使用make进行编译，并同时生成zImage：

        LD       arch/arm/boot/compressed/vmlinux
        OBJCOPY arch/arm/boot/zImage
        Kernel: arch/arm/boot/zImage is ready

这样生成zImage大小为1.23MB, android- sdk-linux_x86-4.3_r1/tools/lib/images/kernel-qemu是1.24MB。

（6）使用模拟器加载内核测试，命令如下所示：

        cd android/out/cupcake/out/target/product/generic
        emulator -image system.img -data userdata.img -ramdisk ramdisk.img -kernel ～/project/android/kernel.git/
        arch/arm/boot/zImage &

到此为止，模拟器就加载成功了。

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