linux 内核镜像格式

Posted 2022-03-15 bobuddy

<Linux内核镜像格式>

  Linux内核有多种格式的镜像，包括vmlinux、Image、zImage、bzImage、uImage、xipImage、bootpImage等.

➤kernel镜像格式vmlinux

  vmlinux是可引导的、未压缩、可压缩的内核镜像，vm代表Virtual Memory。（表示Linux支持虚拟内存，因此得名vm）它是由用户对内核源码编译得到，实质是elf格式的文件.也就是说vmlinux是编译出来的最原始的内核文件，未压缩.这种格式的镜像文件多存放在PC机上.

☢elf格式文件 ：

  ELF（Executable and Linkable Format）可执行可链接格式，是UNIX实验室作为应用程序二进制接口而发布的，扩展名为elf.可以简单的认为，在elf格式的文件中，除二进制代 码外，还包括该可执行文件的某些信息，比如符号表等。

  vmlinuz 是可执行 的Linux内核，它位于/boot/vmlinuz，它一般是一个软链接，比如是 vmlinuz-3.13.0-32-generic 的软链接。vmlinuz是vmlinux的压缩文件。vmlinuz的建立有两种方式。一是编译内核时通过“make zImage”创建，二是内核编译时通过命令make bzImage创建。

➤kernel镜像格式:Image

  Image是经过objcopy处理的只包含二进制数据的内核代码，它已经不是elf格式了，但这种格式的内核镜像还没有经过压缩.

☢objcopy：

  GNU使用工具程序objcopy作用是拷贝一个目标文件的内容到另一个目标文件中，也就是说，可以将一种格式的目标文件转换成另一种格式的目标文件. 通过使用binary作为输出目标(-o binary)，可产生一个原始的二进制文件，实质上是将所有的符号和重定位信息都将被抛弃，只剩下二进制数据。

➤kernel镜像格式:zImage

  zImage是ARM linux常用的一种压缩镜像文件，它是由vmlinux经过objcopy ， objcopy实现由vmlinux的elf文件拷贝成纯二进制数据文件加上解压代码经gzip压缩而成，命令格式是#make zImage.这种格式的Linux镜像文件多存放在NAND上. 适用于小内核的情况，它的存在是为了向后的兼容性。

➤kernel镜像格式:bzImage

  bzImage不是用bzip2压缩的，bz表示big zImage,其格式与zImage类似，但采用了不同的压缩算法，注意，bzImage的压缩率更高 ，是压缩的内核映像。 
  zImage/bzImage：它们不仅是一个压缩文件，而且在这两个文件的开头部分内嵌有解压缩代码。两者的不同之处在于，老的zImage解压缩内核到低端内存(第一个 640K)，bzImage解压缩内核到高端内存(1M以上)。如果内核比较小，那么可以采用zImage或bzImage之一，两种方式引导的系统运行时是相同的。大的内核采用bzImage，不能采用zImage。

➤kernel镜像格式:uImage

  uImage是uboot专用的镜像文件，它是在 zImage 之前加上一个长度为0x40的头信息(tag)（也就是说uImage 是一个二进制文件），在头信息内说明了该镜像文件的类型、加载 位置、生成时间、大小等信息.换句话说，若直接从uImage的0x40位置开始执行，则zImage和uImage没有任何区别.命令格式是#make uImage.这种格式的Linux镜像文件多存放在NAND上. 

➣怎么生成uImage  

    在uboot的/tools目录下寻找mkimage文件，把其copy到系统/usr/local/bin目录下，这样就完成制作工具。然后在内核目录下运行make uImage，如果成功，便可以在arch/arm/boot/目录下发现uImage文件，其大小比zImage多64个字节。 
  由于bootloader一般要占用0x0地址，所以，uImage相比zImage的好处就是可以和bootloader共存。其实就是一个自动跟手动的区别,有了uImage头部的描述,u-boot就知道对应Image的信息,如果没有头部则需要自己手动去搞那些参数。

➤kernel镜像格式:xipImage

  这种格式的Linux镜像文件多存放在NorFlash上，且运行时不需要拷贝到内存SDRAM中，可以直接在NorFlash中运行.

<Linux内核镜像的产生过程>

  在嵌入式Linux中，内核的启动过程分为两个阶段.其中，

第一阶段启动代码放在kernel/msm-5.4/arch/arm64/kernel/head.S文件中，该文件与体系结构相关，与开发板周边硬件无关，主要是初始化ARM内核等.

第二阶段启动代码在 /kernel/msm-5.4/init/main.c文件中.现以执行命令#make zImage为例来说明，arm-linux内核镜像的产生过程.

vmlinux(elf格式）---image（二进制格式）---zimage/bzimage（二进制压缩格式）

➣当用户对Linux内核源码进行编译时，kernel的第1/2阶段代码会生成可执行文件vmlinux，该文件是未被压缩的镜像文件，非常大，不能直接下载到NAND中，通常放在PC机上，这也是最原始的Linux镜像文件.一般该文件约50M左右.

➣镜像文件vmlinux由于很大，肯定不能直接烧入NAND中，因此需要进行二进制化，即经过objcopy处理，使之只包含二进制数据的内核代 码，去除不需要的文件信息等，这样就制作成了image镜像文件.该镜像文件也是未压缩，只是经过了二进制化而变小.该文件约5M左右.

➣ 一般来说，内存SDRAM中的内核镜像是经过压缩的，只是在运行时再将其解压.所以，编译时会先使用gzip将镜像文件image进行压缩(压缩比约为 2:1),再将压缩后的镜像文件和源码中的两个文件arch/arm/boot/compressed/head.S、arch/arm/boot /compressed/misc.c一起链接生成压缩后的镜像文件compress/vmlinux.该文件约为2.5M左右。注意，这两个源码文件是解压程序，用于将内存SDRAM中的压缩镜像zImage进行解压.

➣压缩后的镜像文件compress/vmlinux经过二进制化，最终生成镜像文件zImage，试验时该文件约为2.5M.当然，在内存 SDRAM中运行压缩镜像文件zImage时，会首先调用两个解压程序arch/arm /boot/compressed/head.S、arch/arm/boot/compressed/misc.c将自身解压，然后再执行kernel 的第一阶段启动代码arch/arm/kernel/head.S.简而言之，在内存中运行内核时，kernel先自身解压，再执行第一阶段启动代码.试 验时运行在内存中的镜像文件约为5M，与image镜像文件大小相同.

<注意事项>

➣生成的镜像文件vmlinux放在源码的顶层目录下.

➣生成的镜像文件image、zImage均在arch/arm/boot目录下.

➣启动开发板时，在超级终端内会有许多的提示信息，其中: 

➣booting linux … /表示正在将内核从NAND拷贝到内存中/ 

➣unpressed… /表示正在解压内核/

➣只有当用户输入boot命令或在boot_delay延时时间后，vivi才将NANDFlash中的内核kernel拷贝到内存SDRAM中.也就是说，当vivi进入命令行模式时，在SDRAM中并没有内核kernel.

➣在kernel源码目录下执行命令: 

➣<1> #tree /打印出kernel源码的目录结构/ 

➣<2> #tree -L 1 /打印出kernel源码的第一级目录结构/ 

➣<3> #tree > /home/lishuai/linux.txt /将kernel源码的目录结构重定向到某个文件中，用户可以随时查看其目录结构，非常方便/