커널 포팅 (2. 커널 소스 분석 및 빌드 / 2.3 크로스 컴파일러를 이용한 커널 빌드)

2.3 크로스 컴파일러를 이용한 커널 빌드

리눅스 커널은 여러 하드웨어 아키텍처에서 실행될 수 있도록 설계되었습니다.
하지만 커널을 빌드할 때는 개발 환경과 실행할 하드웨어의 아키텍처가 다를 수 있습니다.
이런 경우 크로스 컴파일러(Cross Compiler) 를 사용하여 타겟 아키텍처에 맞게 커널을 빌드해야 합니다.

---

🔹 크로스 컴파일러란?

크로스 컴파일러(Cross Compiler) 는 개발 환경(Host)과 실행 대상(Target)의 CPU 아키텍처가 다른 경우 사용하는 컴파일러입니다.
즉, x86 기반의 개발 PC(Host)에서 ARM 또는 RISC-V 기반의 임베디드 보드(Target)용 커널을 빌드할 때 사용됩니다.

✅ 크로스 컴파일러가 필요한 이유

• x86 PC에서 ARM, RISC-V 등의 아키텍처용 커널을 빌드할 수 있음
• 성능이 낮은 임베디드 보드에서 직접 컴파일하는 것보다 훨씬 빠름
• 개발 환경과 실행 환경이 다를 때, 하드웨어별로 최적화된 바이너리 생성 가능

✅ 크로스 컴파일과 네이티브 컴파일 비교

구분	네이티브 컴파일	크로스 컴파일
개발 환경	Target(예: ARM 보드)에서 직접 컴파일	Host(예: x86 PC)에서 Target(ARM)용으로 컴파일
속도	느림 (임베디드 환경은 성능이 낮음)	빠름 (x86 PC에서 빌드)
사용 목적	서버/데스크톱 개발	임베디드 개발 (라즈베리파이, BeagleBone 등)

✅ 크로스 컴파일러 예시

아키텍처	크로스 컴파일러 명령어
ARM 32-bit	arm-linux-gnueabi-gcc
ARM 64-bit	aarch64-linux-gnu-gcc
RISC-V	riscv64-linux-gnu-gcc

---

🔹 ARM 계열을 위한 GCC 크로스 컴파일러 설치

크로스 컴파일러는 GCC(GNU Compiler Collection) 기반으로 제공되며,
Ubuntu 및 Debian 환경에서는 패키지 관리자로 쉽게 설치할 수 있습니다.

✅ 1️⃣ 크로스 컴파일러 설치 (Ubuntu / Debian)

# 32비트 ARM (arm-linux-gnueabi)
sudo apt update
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabi g++-arm-linux-gnueabi -y

# 64비트 ARM (aarch64-linux-gnu)
sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu -y

✅ 2️⃣ 설치 확인

arm-linux-gnueabi-gcc --version
aarch64-linux-gnu-gcc --version

정상적으로 버전 정보가 출력되면 설치 완료.

✅ 3️⃣ 크로스 컴파일러 수동 설치 (최신 버전) 만약 최신 버전이 필요하면 ARM 공식 사이트에서 직접 다운로드하여 설치할 수도 있습니다.

# ARM 32-bit 크로스 컴파일러 다운로드
wget https://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-10.3.0/gcc-10.3.0.tar.gz
tar -xvf gcc-10.3.0.tar.gz
cd gcc-10.3.0
./configure --target=arm-linux-gnueabi --prefix=/usr/local/gcc-arm
make -j$(nproc)
sudo make install

✅ 4️⃣ 경로 추가 (수동 설치한 경우)

export PATH=$PATH:/usr/local/gcc-arm/bin

이제 arm-linux-gnueabi-gcc 명령어를 사용할 수 있습니다.

---

🔹 커널을 크로스 컴파일하는 방법

크로스 컴파일러를 사용하여 커널을 빌드할 때는 make 명령어에 ARCH와 CROSS_COMPILE 변수를 지정해야 합니다.

✅ 1️⃣ 기본 설정 파일 로드

cd linux
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- rpi_defconfig

• ARCH=arm → 타겟 아키텍처를 ARM으로 설정
• CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- → ARM 용 크로스 컴파일러 사용
• rpi_defconfig → 라즈베리파이 기본 설정 적용

✅ 2️⃣ 커널 빌드

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

• zImage는 ARM 아키텍처용 압축된 커널 이미지

✅ 3️⃣ 디바이스 트리 빌드

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

• dtbs는 디바이스 트리 블롭(Device Tree Blob) 파일을 생성

✅ 4️⃣ 모듈 빌드

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

• 모듈을 별도로 빌드하고 output/ 디렉토리에 설치

✅ 5️⃣ 빌드된 커널 이미지 확인

ls arch/arm/boot/

• zImage, dts/ 디렉토리 등이 생성되었는지 확인

---

🔹 크로스 컴파일 시 유용한 팁

✅ 1️⃣ 지원하는 아키텍처 확인

make ARCH=arm help

• 지원하는 보드 및 설정 목록 출력

✅ 2️⃣ make clean 및 make mrproper 사용

make ARCH=arm clean         # 오브젝트 파일 정리
make ARCH=arm mrproper      # 설정 파일도 삭제

• 새롭게 빌드를 시작할 때 필요

✅ 3️⃣ 크로스 컴파일러가 정상적으로 동작하는지 테스트

echo 'int main() { return 0; }' > test.c
arm-linux-gnueabi-gcc -o test test.c
file test

• 출력 결과가 ELF 32-bit LSB executable, ARM이라면 정상적으로 빌드됨

✅ 4️⃣ make -j$(nproc) 옵션 사용

• -j$(nproc)를 추가하면 CPU 코어 개수만큼 병렬 컴파일을 수행하여 빌드 속도를 빠르게 할 수 있음

---

✅ 정리

1. 크로스 컴파일러란?
   • 개발 환경(Host)과 실행 환경(Target)이 다를 때 사용하는 컴파일러
   • x86 PC에서 ARM 또는 RISC-V 등 타겟용 커널을 빌드할 때 필요
2. 크로스 컴파일러 설치
   • sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabi (ARM 32-bit)
   • sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu (ARM 64-bit)
3. 커널 빌드 과정
   • make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- menuconfig
   • make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- zImage
   • make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- dtbs
   • make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules
   • make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- modules_install
4. 빌드된 커널 파일 확인
   • arch/arm/boot/zImage
   • arch/arm/boot/dts/*.dtb