《DFZU2EG_4EV MPSoC之嵌入式Linux开发指南》 第十四章 Linux图形化配置及其原理​

Linux图形化配置及其原理​

在前两章中我们知道uboot可以通过zynq_altk_defconfig来配置。还有另外一种配置uboot的方法，就是图形化配置，以前的uboot是不支持图形化配置，只有Linux内核才支持图像化配置。不过不知从什么时候开始，uboot也支持图形化配置了，本章我们就来学习一下如何通过图形化配置uboot，并且学习一下图形化配置的原理，因为后面学习Linux驱动开发的时候可能要修改图形配置文件。​

U-Boot图形化配置体验​

uboot或Linux内核可以通过输入“make menuconfig”来打开图形化配置界面，menuconfig是一套图形化的配置工具，需要ncurses库支持。ncurses库提供了一系列的API函数供调用者生成基于文本的图形界面，因此需要先在Ubuntu中安装ncurses库（我们在安装Petalinux工具的时候已经安装，因而不需要再安装），命令如下：​

sudo apt-get install build-essential libncurses5 libncurses5-dev​

menuconfig重点会用到两个文件：.config和Kconfig。.config文件前面已经说了，这个文件保存着uboot的配置项，使用menuconfig配置完uboot以后肯定要更新.config文件。Kconfig文件是图形界面的描述文件，也就是描述界面应该有什么内容，很多目录下都会有Kconfig文件。​

在打开图形化配置界面之前，要先使用“make xxx_defconfig”对uboot进行一次默认配置，只需要一次即可。如果使用“make clean”清理了工程的话就那就需要重新使用“make xxx_defconfig”再对uboot进行一次配置。进入uboot源码根目录，输入如下命令：​

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

如果显示如下所示错误信息：​

Your display is too small to run Menuconfig!​
It must be at least 19 lines by 80 columns.​
scripts/kconfig/Makefile:37: recipe for target 'menuconfig' failed​
make[1]: *** [menuconfig] Error 1​
Makefile:479: recipe for target 'menuconfig' failed​
make: *** [menuconfig] Error 2

这是因为终端窗口有点小了，用鼠标调大点就可以了。​

打开后的图形化界面如下图所示：​

图14.1.1图形化配置界面​

上图就是主界面，主界面上方的英文就是简单的操作说明，操作方法我们在使用Petalinux时已经介绍过，具体见6.3.4节配置petalinux工程。​

uboot有许多配置项，可通过键盘上的上下键移动到配置项。后面跟着“--->”表示此配置项有子配置项，按回车键就可以进入子配置项。​

我们以如何使能dns命令为例，讲解一下如何通过图形化界面来配置uboot。进入“Command line interface --->”这个配置项，此配置项用于配置uboot的命令，进入以后如下图所示：​

图14.1.2 Command line interface配置项​

从上图可以看出，有很多配置项，这些配置项也有子配置项，选择“Network commands --->”，进入网络相关命令配置项，如下图所示：​

图14.1.3 Network commands配置项​

从上图可以看出，uboot中有很多和网络有关的命令，比如bootp、tftpboot、dhcp等等。选中dns，然后按下键盘上的“Y”键，此时dns前面的“[ ]”变成了“[ * ]”，如下图所示：​

图14.1.4选中dns命令​

每个选项有3种编译选项，分别为：编译进uboot、取消编译(也就是不编译这个功能模块)、编译为模块。按下“Y”键表示编译进uboot，此时“[ ]”变成了“[ * ]”；按下“N”表示不编译，“[ ]”默认表示不编译；有些功能模块是支持编译为模块的，这个一般在Linux内核里面很常用，uboot下面不使用，如果要将某个功能编译为模块，那就按下“M”，此时“[ ]”就会变为“< M >”。​

选中dns，然后按下“H”或者“?”键可以打开dns命令的提示信息，如下图所示：​

图14.1.5命令提示信息​

按两下ESC键即可退出提示界面，相当于返回上一层。选择dns命令以后，按两下ESC键（按两下ESC键相当于返回上一层），退出当前配置项，进入到上一层配置项。如果没有要修改的就按两下ESC键，退出到主配界面，如果也没有其他要修改的，那就再次按两下ESC键退出menuconfig配置界面。如果修改过配置的话，在退出主界面的时候会有如下图所示提示：​

图14.1.6是否保存新的配置文件对话框​

上图询问是否保存新的配置文件，通过键盘的←或→键来选择“Yes”或“No”项，此处我们保持默认选择“Yes”，然后按下键盘上的回车键确认保存。至此，我们就完成了通过图形界面使能了uboot的dns命令，打开.config文件，会发现多了“CONFIG_CMD_DNS=y”这一行，如下图中的488行所示：​

图14.1.7.config文件​

使用如下命令编译uboot：​

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

编译完成以后下载到开发板中运行，下载方式见12.3.3。下载完成后输入“?”查看是否有“dns”命令，一般肯定有的。测试一下dns命令工作是否正常，使用dns命令来查看一下百度官网“www.baidu.com”的IP地址。要先设置一下dns服务器的IP地址，也就是设置环境变量dnsip的值，命令如下：​

setenv dnsip 114.114.114.114​
saveenv

设置好以后就可以使用dns命令查看百度官网的IP地址了，输入命令：​

dns www.baidu.com

结果如下图所示：​

图14.1.8命令​

从上图可以看出，“www.baidu.com”的IP地址为180.101.49.12，说明dns命令工作正常。这个就是通过图形化命令来配置uboot，一般用来使能一些命令还是很方便的，这样就不需要到处找命令的配置宏是什么，然后再到配置文件里面去定义。​

menuconfig图形化配置原理​

make menuconfig过程分析​

当输入“make menuconfig”以后会匹配到顶层Makefile的如下代码：​

示例代码顶层Makefile代码段​

478 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE​
479 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@

这个在错误!未找到引用源。小节已经详细的讲解过了，其中build=-f ./scripts/Makefile.build obj，将479行的规则展开就是：​

@ make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig menuconfig //也可以没有@

Makefilke.build会读取scripts/kconfig/Makefile中的内容，在scripts/kconfig/Makefile中可以找到如下代码：​

示例代码​

36 menuconfig: $(obj)/mconf​
37  $< $(silent) $(Kconfig)

其中obj= scripts/kconfig，silent是设置静默编译的，在这里可以忽略不计，Kcnotallow=Kconfig，因此扩展以后就是：​

menuconfig: scripts/kconfig/mconf​
scripts/kconfig/mconf Kconfig

目标menuconfig依赖scripts/kconfig/mconf，因此scripts/kconfig/mconf.c这个文件会被编译，生成mconf这个可执行文件。目标menuconfig对应的规则为scripts/kconfig/mconf Kconfig，也就是说mconf会调用uboot源码根目录下的Kconfig文件开始构建图形配置界面。​

Kconfig语法简介​

上一小节我们已经知道了scripts/kconfig/mconf会调用uboot根目录下的Kconfig文件开始构建图形化配置界面，接下来简单学习一下Kconfig的语法。因为后面学习Linux驱动开发的时候可能会涉及到修改Kconfig，对于Kconfig语法我们不需要太深入的去研究，关于Kconfig的详细语法介绍，可以参考linux内核源码(uboot源码中没有这个文件)中的文件Documentation/kbuild/kconfig-language.txt，本节我们大概了解其原理即可。打开uboot根目录下的Kconfig，这个Kconfig文件就是顶层Kconfig，我们就以这个文件为例来简单学习一下Kconfig语法。​

1、mainmenu​

故名思议mainmenu就是主菜单，也就是输入“make menuconfig”以后打开的默认界面，在顶层Kconfig中有如下代码：​

示例代码顶层Kconfig代码段​

6 mainmenu "U-Boot $UBOOTVERSION Configuration"

上述代码就是定义了一个名为“U-Boot $UBOOTVERSION Configuration”的主菜单，其中UBOOTVERSION=2018.01，因此主菜单名为“U-Boot 2018.01 Configuration”，如下图所示：​

图14.2.1主菜单名字​

2、调用其他目录下的Kconfig文件​

和makefile一样，Kconfig也可以调用其他子目录中的Kconfig文件，调用方法如下：​

source "xxx/Kconfig"  //xxx为具体的目录名，相对路径

在顶层Kconfig中有如下代码：​

示例代码顶层Kconfig代码段source代码​

13 source "arch/Kconfig"​
......​
403 source "api/Kconfig"​
404 ​
405 source "common/Kconfig"​
406 ​
407 source "cmd/Kconfig"​
408 ​
409 source "disk/Kconfig"​
410 ​
411 source "dts/Kconfig"​
412 ​
413 source "env/Kconfig"​
414 ​
415 source "net/Kconfig"​
416 ​
417 source "drivers/Kconfig"​
418 ​
419 source "fs/Kconfig"​
420 ​
421 source "lib/Kconfig"​
422 ​
423 source "test/Kconfig"

从上述示例代码中可以看出，顶层Kconfig文件调用了很多其他子目录下的Kcofig文件，这些子目录下的Kconfig文件在主菜单中生成各自的菜单项。​

3、menu/endmenu条目​

menu用于生成菜单，endmenu就是菜单结束标志，这两个成对出现，用于定义一个拥有若干配置选项或子菜单的配置菜单。在顶层Kconfig中有如下代码：​

示例代码顶层Kconfig代码段menu代码​

15 menu "General setup"​
16 ​
17 config BROKEN​
18 bool​
19 help​
20 This option cannot be enabled. It is used as dependency​
21 for broken and incomplete features.​
......​
184 endmenu # General setup​
185 ​
186 menu "Boot images"​
187 ​
188 config ANDROID_BOOT_IMAGE​
189 bool "Enable support for Android Boot Images"​
......​
401 endmenu # Boot images

上述示例代码中有两个menu/endmenu代码块，这两个代码块就是两个子菜单。第15行的“menu "General setup"”表示子菜单“General setup”。第186行的“menu "Boot images"”表示子菜单“Boot images”。体现在主菜单界面的效果如下图所示：​

图14.2.2子菜单​

在“General setup”菜单上面还有“Architecture select (ARM architecture)”和“ARM architecture”这两个子菜单，但是在顶层Kconfig中并没有看到这两个子菜单对应的menu/endmenu代码块，那这两个子菜单是怎么来的呢？这两个子菜单就是arch/Kconfig文件生成的。包括主界面中的“Boot timing”、“Console recording”等等这些子菜单，都是分别由顶层Kconfig所调用的common/Kconfig、cmd/Kconfig等这些子Kconfig文件来创建的。​

3、config条目​

顶层Kconfig中的“General setup”子菜单内容如下：​

示例代码顶层Kconfig代码段​

15 menu "General setup"​
16 ​
17 config BROKEN​
18 bool​
19 help​
20 This option cannot be enabled. It is used as dependency​
21 for broken and incomplete features.​
22 ​
23 config LOCALVERSION​
24 string "Local version - append to U-Boot release"​
25 help​
......​
86 config SYS_MALLOC_F​
87 bool "Enable malloc() pool before relocation"​
88 default y if DM​
89 help​
......​
95 config SYS_MALLOC_F_LEN​
96 hex "Size of malloc() pool before relocation"​
97 depends on SYS_MALLOC_F​
98 default 0x400​
99 help​
......​
132 menuconfig EXPERT​
133 bool "Configure standard U-Boot features (expert users)"​
134 default y​
135 help​
......​
141 if EXPERT​
142 config SYS_MALLOC_CLEAR_ON_INIT​
143 bool "Init with zeros the memory reserved for malloc (slow)"​
144 default y​
145 help​
......​
166 endif # EXPERT​
......​
184 endmenu # General setup

可以看出，在menu/endmenu代码块中有大量的“config xxxx”的代码块，也就是config条目。config条目就是“General setup”菜单的具体配置项，如下图所示：​

图14.2.3 General setup配置项​

可以看到“config LOCALVERSION”对应着第一个配置项，“config LOCALVERSION_AUTO”对应着第二个配置项，以此类推，至于为什么没有“config BROKEN”的配置项，后面会说明。我们以“config LOCALVERSION”和“config LOCALVERSION_AUTO”这两个为例来分析一下config配置项的语法：​

示例代码顶层Kconfig代码段​

23 config LOCALVERSION​
24 string "Local version - append to U-Boot release"​
25 help​
26 Append an extra string to the end of your U-Boot version.​
......​
31 be a maximum of 64 characters.​
32​
33 config LOCALVERSION_AUTO​
34 bool "Automatically append version information to the version string"​
35 default y​
36 help​
37 This will try to automatically determine if the current tree is a​
38 release tree by looking for Git tags that belong to the current​
39 top of tree revision.​
......​
51 which is done within the script "scripts/setlocalversion".)

第23和33行，这两行都以“config”关键字开头，后面跟着“LOCALVERSION”和“LOCALVERSION_AUTO”，这两个是配置项名字。假如我们使能了LOCALVERSION_AUTO这个功能，那么就会在.config文件中生成CONFIG_LOCALVERSION_AUTO，这个在上一小节讲解如何使能dns命令的时候讲过了。由此可知，.config文件中的“CONFIG_xxx”(xxx是具体的配置项名字)就是Kconfig文件中config关键字后面的配置项名字加上“CONFIG_”前缀。​

config关键字下面的几行是配置项属性，第23~31行是LOCALVERSION的属性，第33~51行是LOCALVERSION_AUTO的属性。属性里面描述了配置项的类型、输入提示、依赖关系、帮助信息和默认值等。​

第24行的string是变量类型，也就是“CONFIG_ LOCALVERSION”的变量类型。变量类型一共有5种，分别是：bool、tristate、string、hex和int，最常用的是bool、tristate和string这三种。bool类型有两种值：y和n，当为y的时候表示使能该配置项，当为n的时候表示禁止该配置项。tristate类型有三种值：y、m和n，其中y和n的涵义与bool类型一样，m表示将这个配置项编译为模块。string为字符串类型，所以LOCALVERSION是个字符串变量，用来存储本地字符串，选中以后即可输入用户定义的本地版本号，如下图所示：​

图14.2.4本地版本号配置​

可以在上图中输入本地版本号，此处我们只是演示下，不输入，直接按“OK”退出。​

另外，可以看到“string”后面的“Local version - append to U-Boot release”对应该配置项在图形界面上显示出来的标题。也就是说变量类型后面的输入提示会显示在图形配置界面上。由于“config BROKEN”只有“boot”变量类型，没有对应输入提示，所以没有显示在图形配置界面上。​

第25行，help表示帮助信息，告诉我们配置项的含义，当我们按下“h”或“?”弹出来的帮助界面就是help的内容。​

第34行，说明“CONFIG_LOCALVERSION_AUTO”是个bool类型，可以通过按下Y或N键来使能或者禁止CONFIG_LOCALVERSION_AUTO。​

第35行，“default y”表示CONFIG_LOCALVERSION_AUTO的默认值就是y，所以这一行默认会被选中。​

4、depends on和select​

打开arch/arm/Kconfig文件，在里面有这如下代码：​

示例代码​

1 menu "ARM architecture"​
2 depends on ARM​
3 ​
4 config SYS_ARCH​
5 default "arm"​
6 ​
7 config ARM64​
8 bool​
9 select PHYS_64BIT​
10 select SYS_CACHE_SHIFT_6

第2行的“depends on”说明“ARM architecture”项依赖于“ARM”，也就是说“ARM”被选中以后“ARM architecture”才会显示。​

第9~10行的“select”表示反向依赖，当选中“ARM64”以后，“PHYS_64BIT”、“SYS_CACHE_SHIFT_6”这两个也会被选中。​

4、choice/endchoice​

在arch/Kconfig文件中有如下代码：​

示例代码​

7 choice​
8 prompt "Architecture select"​
9 default SANDBOX​
10 ​
11 config ARC​
12 bool "ARC architecture"​
......​
20 config ARM​
21 bool "ARM architecture"​
......​
30 config MICROBLAZE​
31 bool "MicroBlaze architecture"​
......​
1156 ​
1157 endchoice

choice/endchoice代码段用来定义一组可选择项，将多个类似的配置项组合在一起，供用户单选或者多选。上述示例代码就是选择处理器架构，可以从ARC、ARM、MICROBLAZE等这些架构中选择，这里是单选。在uboot图形配置界面上选择“Architecture select”，进入以后如下图所示：​

图14.2.5架构选择界面​

可以在上图中通过移动光标来选择所使用的CPU架构。第8行的prompt给出这个choice/endchoice段的提示信息为“Architecture select”。​

5、menuconfig​

menuconfig和menu很类似，但是menuconfig是个带选项的菜单，其一般用法为：​

示例代码​

1 menuconfig MODULES ​
2 bool "菜单"​
3 if MODULES​
4 ...​
5 endif # MODULES

第1行，定义了一个可选的菜单MODULES，只有选中了MODULES后第3~5行的if到endif之间的内容才会显示。在顶层Kconfig中有如下代码：​

示例代码顶层Kconfig代码段​

15 menu "General setup"​
......​
132 menuconfig EXPERT​
133 bool "Configure standard U-Boot features (expert users)"​
134 default y​
135 help​
136 This option allows certain base U-Boot options and settings​
137 to be disabled or tweaked. This is for specialized​
138 environments which can tolerate a "non-standard" U-Boot.​
139 Use this only if you really know what you are doing.​
140 ​
141 if EXPERT​
142 config SYS_MALLOC_CLEAR_ON_INIT​
143 bool "Init with zeros the memory reserved for malloc (slow)"​
144 default y​
145 help​
146 This setting is enabled by default. The reserved malloc​
147 memory is initialized with zeros, so first malloc calls​
......​
157 ​
158 config TOOLS_DEBUG​
159 bool "Enable debug information for tools"​
160 help​
161 Enable generation of debug information for tools such as mkimage.​
162 This can be used for debugging purposes. With debug information​
163 it is possible to set breakpoints on particular lines, single-step​
164 debug through the source code, etc.​
165 ​
166 endif # EXPERT​
......​
184 endmenu # General setup

第132~166行使用menuconfig实现了一个菜单，路径如下：​

General setup ​
-> Configure standard U-Boot features (expert users) --->

如下图所示：​

图14.2.6菜单Configure standard U-Boot features (expert users)​

从上图可以看到，前面有“[ ]”说明这个菜单是可选的，当选中这个菜单以后就可以进入到子选项中，也就是示例代码“menuconfig EXPERT”的第141~166行所描述的配置项，如下图所示：​

图14.2.7 EXPERT子菜单​

如果不使能“Configure standard U-Boot features (expert users)”菜单，那么示例代码“menuconfig EXPERT”的第141~166行所描述的配置项就不会显示出来，进去以后是空白的，不显示配置项。​

6、comment​

comment用于注释，也就是在图形化界面中显示一行注释，打开文件cmd/Kconfig，有如下所示代码：​

示例代码cmd/Kconfig代码段​

117 source "cmd/fastboot/Kconfig"​
118 ​
119 config BUILD_BIN2C​
120 bool​
121 ​
122 comment "Commands"

第122行使用comment标注了一行注释，注释内容为：“Commands”，该行注释在配置项Command line interface的下面。在uboot图形配置界面上选择“Command line interface --->”，进入后如下图所示：​

图14.2.8注释“Generic NAND options”​

从上图可以看出，在配置项“Fastboot support”下面有一行注释，注释内容为“*** Commands ***”。​

7、source​

source用于读取另一个Kconfig，比如：​

source "arch/Kconfig"​

这个在前面已经讲过了。​

Kconfig语法就讲解到这里，基本上常用的语法就是这些，因为uboot相比Linux内核要小很多，所以配置项也要少很多，所以建议大家使用uboot来学习Kconfig。一般无需修改uboot中的Kconfig文件，甚至都不会去使用uboot的图形化界面配置工具，本小节学习Kconfig的目的主要还是为了Linux内核作准备。 ​

添加自定义菜单​

图形化配置工具的主要工作是在.config文件下面生成前缀为“CONFIG_”的变量，这些变量一般都有对应的值，为y、m、字符串或数字，在uboot源码里面会根据这些变量来决定编译哪些文件。本小节我们就来学习一下如何添加自定义菜单。添加的自定义菜单需求如下：​

1. 在主界面中添加一个名为“My test menu”的菜单，此菜单内部有一个配置项。​
2. 配置项为“MY_TESTCONFIG”，此配置项处于菜单“My test menu”中。​
3. 配置项的变量类型为bool，默认值为y。​
4. 配置项标题名（变量名）为“This is my test config”。​
5. 配置项的帮助信息为“This is a empty config, just for tset!”。​

打开顶层Kconfig，在最后面加入如下代码：​

示例代码自定义菜单​

1 menu "My test menu"​
2 ​
3 config MY_TESTCONFIG​
4 bool "This is my test config"​
5 default y​
6 help​
7 This is a empty config, just for tset!​
8 ​
9 endmenu # my test menu

添加完成以后打开图形化配置界面，如下图所示：​

图14.3.1主界面​

从上图可以看出，主配置界面最后面出现了一个名为“My test menu”的菜单，这个就是我们添加进来的自定义菜单。进入此菜单，如下图所示：​

图14.3.2“My test menu”子菜单​

从上图可以看出，配置项添加成功，选中“This is my test config”配置项，然后按下“H”键打开帮助文档，如下图所示：​

图14.3.3帮助信息​

从上图可以看出，帮助信息也显示正确。配置项“MY_TESTCONFIG”默认也是被选中的，因此在图形界面点击“Save”后退出，在.config文件中会有“CONFIG_MY_TESTCONFIG=y”这一行，如下图所示：​

图14.3.4.config文件​

至此，我们成功的在主菜单添加的自定义菜单。以后大家如果去半导体原厂工作的话，如果要编写Linux驱动，那么很有可能需要你来修改甚至编写Kconfig文件。Kconfig语法其实不难，重要的点就是14.2.2小节中的那几个，最主要的是记住：Kconfig文件的最终目的是在.config文件中生成以“CONFIG_”开头的变量。​