커널 포팅 (2. 커널 소스 분석 및 빌드 / 2.2 커널 빌드 과정 이해)

2.2 커널 빌드 과정 이해

리눅스 커널 빌드는 소스 코드를 컴파일하여 실행 가능한 커널 이미지를 생성하는 과정입니다.
커널을 빌드하기 위해서는 설정(configuration), 컴파일, 이미지 생성, 모듈 빌드, 디바이스 트리 빌드 등의 과정이 필요합니다.

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🔹 커널 빌드 기본 과정

리눅스 커널을 빌드하려면, 먼저 빌드할 아키텍처(ARM, x86, RISC-V 등)를 선택하고, 설정을 조정한 후 컴파일해야 합니다.

📌 커널 빌드의 핵심 과정:

# 1. 커널 기본 설정 (menuconfig 사용)
make ARCH=arm menuconfig

# 2. 커널 이미지 빌드 (zImage 또는 bzImage)
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- zImage -j$(nproc)

# 3. 디바이스 트리 빌드 (dtb 파일 생성)
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- dtbs

# 4. 커널 모듈 빌드 (외부 드라이버 지원 시 필요)
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules

# 5. 빌드된 모듈 설치
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules_install INSTALL_MOD_PATH=output/

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📌 1️⃣ 커널 설정 (make menuconfig)

커널을 빌드하기 전에 사용할 기능, 드라이버, 파일 시스템, 네트워크 옵션 등을 설정해야 합니다.

✅ 설정 명령어

make ARCH=arm menuconfig

• 터미널에서 GUI 기반의 설정 창이 열리며, 필요한 기능을 활성화하거나 비활성화할 수 있음
• .config 파일에 설정이 저장됨

✅ 설정 UI 예시

 ┌──────────────────────── Linux Kernel Configuration ────────────────────────┐
 │  Arrow keys navigate the menu. <Enter> selects submenus --->.              │
 │  Highlighted letters are hotkeys. Pressing <Y> includes, <N> excludes,     │
 │  <M> modularizes features. Press <Esc><Esc> to exit, <?> for help, </>     │
 │  to search. Legend: [*] built-in  [ ] excluded  <M> module  < > empty.    │
 │ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
 │ │  Processor type and features  --->                                      │ │
 │ │  Power management and ACPI options  --->                               │ │
 │ │  General setup  --->                                                   │ │
 │ │  Enable loadable module support  --->                                  │ │
 │ │  Device Drivers  --->                                                  │ │
 │ │  File systems  --->                                                    │ │
 │ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
 └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

✅ 설정 완료 후 저장

• 설정이 완료되면 .config 파일에 저장됨
• .config 파일은 커널 빌드 시 참고됨

💡 자동 설정 파일 사용 (defconfig)

• 특정 보드나 플랫폼의 기본 설정을 적용하려면 defconfig를 사용할 수 있음

make ARCH=arm rpi_defconfig   # 라즈베리파이 기본 설정 로드

• arch/arm/configs/ 경로에서 지원하는 defconfig 목록을 확인 가능

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📌 2️⃣ 커널 빌드 (make zImage)

커널 소스를 설정한 후, 실제 실행 가능한 커널 이미지를 빌드해야 합니다.

✅ 커널 이미지 빌드

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- zImage -j$(nproc)

• zImage: ARM 아키텍처에서 사용하는 압축된 커널 이미지
• bzImage: x86 아키텍처에서 사용하는 부팅 가능한 커널 이미지
• -j$(nproc): CPU 코어 개수만큼 병렬 빌드를 수행하여 속도를 향상

✅ 빌드가 완료되면 커널 이미지 확인

ls arch/arm/boot/
zImage  dts/

• zImage 파일이 생성됨 (ARM의 경우)
• x86에서는 arch/x86/boot/bzImage가 생성됨

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📌 3️⃣ 디바이스 트리 빌드 (make dtbs)

임베디드 시스템에서는 디바이스 트리(Device Tree) 를 사용하여 하드웨어 정보를 커널에 전달함.

✅ 디바이스 트리 빌드

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- dtbs

• dtb(Device Tree Blob) 파일이 생성됨
• 생성된 파일 확인:

ls arch/arm/boot/dts/

• 예: bcm2711-rpi-4-b.dtb (라즈베리파이 4)

✅ 디바이스 트리 적용

• 부트로더(U-Boot)에서 디바이스 트리를 함께 로드해야 함

bootz ${kernel_addr} - ${fdt_addr}

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📌 4️⃣ 커널 모듈 빌드 (make modules)

일부 커널 드라이버는 모듈로 빌드할 수 있음 (CONFIG_MODULES=y 설정 필요).

✅ 모듈 빌드

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules

✅ 모듈 설치

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules_install INSTALL_MOD_PATH=output/

✅ 모듈 확인

ls output/lib/modules/

💡 모듈 로드 및 제거

insmod mydriver.ko   # 모듈 로드
rmmod mydriver       # 모듈 제거

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🔹 빌드를 위한 기본 옵션 설정 (defconfig, menuconfig)

✅ 기본 설정 적용 (defconfig)

make ARCH=arm rpi_defconfig

• 특정 보드에 맞는 기본 설정 적용
• arch/arm/configs/에서 사용 가능한 설정 파일 목록 확인 가능

✅ 설정을 직접 수정 (menuconfig)

make ARCH=arm menuconfig

• 필요에 따라 기능을 활성화([*]), 모듈화(<M>), 비활성화([ ]) 가능

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🔹 커널 빌드 시 사용하는 주요 스크립트 (Kconfig, Makefile)

📌 Kconfig (커널 설정 파일)

• 커널 설정 메뉴(menuconfig)를 정의하는 파일
• 각 서브 시스템(드라이버, 네트워크, 파일 시스템 등)에 대한 설정을 정의

✅ 예시 (drivers/Kconfig)

config MY_DRIVER
    tristate "Enable My Custom Driver"
    default n
    help
        This is a custom driver for my hardware.

• tristate: y (빌트인), m (모듈), n (비활성화) 선택 가능
• help: 해당 설정의 설명 제공

📌 Makefile (커널 빌드 스크립트)

• 커널 빌드 과정에서 소스 파일을 컴파일하는 방법을 정의
• arch/, drivers/, fs/ 등의 각 디렉토리에 Makefile 존재

✅ 예시 (drivers/Makefile)

obj-$(CONFIG_MY_DRIVER) += my_driver.o

• CONFIG_MY_DRIVER=y → my_driver.o를 커널에 포함
• CONFIG_MY_DRIVER=m → my_driver.ko 모듈로 빌드

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✅ 정리

1. 커널 설정: make menuconfig 또는 make defconfig
2. 커널 이미지 빌드: make zImage (또는 bzImage)
3. 디바이스 트리 빌드: make dtbs
4. 모듈 빌드 및 설치: make modules && make modules_install
5. 빌드 스크립트 (Kconfig, Makefile) 이해