4、Linux内核移植与裁剪：从源码到工业级实时系统

好，咱们进入第四章。这一章的内容，说白了就是BSP开发里最核心的体力活——把Linux内核请到你的板子上，再把它瘦身成适合工业现场的样子。我做了这么多年BSP，每次拿到新板子，第一件事就是跟内核源码打交道。这里面坑不少，但摸熟了也就那么回事。

4.1 内核源码获取与分支选择

先说说源码从哪来。我个人习惯，永远只从kernel.org或者芯片厂商的官方仓库拉代码。别图方便去GitHub上随便找个fork，你根本不知道里面改了什么。

内核的分支策略，我建议你记住这张表：

获取源码的命令很简单：

# 克隆LTS内核
git clone --depth 1 --branch v6.1.75 \
  https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git

# 或者只拉指定版本
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.1.75.tar.xz
tar -xf linux-6.1.75.tar.xz

嗯，这里要注意——--depth 1只拉最新提交，能省下大量时间。但如果你要做git bisect查问题，就得全量克隆了。

4.2 内核配置系统：Kconfig与Makefile

内核的配置系统，说白了就是Kconfig和Makefile这两兄弟。Kconfig定义“有什么可以选”，Makefile决定“选了之后怎么编译”。

咱们先看Kconfig。它长这样：

config MY_DRIVER
    tristate "My Custom Driver Support"
    depends on SPI
    select REGMAP
    help
      Enable support for my custom SPI device.
      Say Y here if you have this hardware.

这里几个关键字我解释一下：

• tristate：三态——Y（编入内核）、M（模块）、N（不编译）。工业产品我建议能用Y就用Y，减少模块加载的麻烦。
• depends on：依赖关系。比如这个驱动依赖SPI子系统，没选SPI它就不可见。
• select：反向选择。选了它，REGMAP会被自动选上。这招用的时候要小心，搞不好会循环依赖。

Makefile那边就简单多了：

obj-$(CONFIG_MY_DRIVER) += my_driver.o

如果CONFIG_MY_DRIVER是Y，my_driver.o就编进内核；是M，就编成模块；是N，就不编译。

4.3 最小系统裁剪策略

工业产品的存储空间通常很金贵。Flash可能只有16MB、32MB，你得把内核裁到能塞进去。我一般按这个步骤来：

1. 先跑一次默认配置——make defconfig，看看基线有多大。
2. 关掉所有不用的架构——你跑ARM，就把x86、MIPS、RISC-V全关了。
3. 关掉调试选项——CONFIG_DEBUG_KERNEL、CONFIG_PRINTK（如果不需要日志）、CONFIG_MAGIC_SYSRQ。
4. 精简驱动——只留你板子上有的外设驱动。网卡、串口、I2C、SPI、GPIO，其他的全干掉。
5. 关掉文件系统支持——你只用一种文件系统，就别把ext2/3/4、btrfs、xfs全编进去。
6. 关掉网络协议栈——如果设备不联网，把IPv6、Netfilter、Wireless全关了。

我举个例子。之前做一款工业网关，Flash只有16MB。默认配置编出来内核8.5MB，根本塞不下。经过一轮裁剪：

你看，从8.5MB裁到1.7MB，完全可行。

4.4 工业实时性内核配置

工业现场对实时性要求高。PLC、运动控制、数据采集，这些场景下，标准内核的调度延迟可能达到几十毫秒，完全不可接受。怎么办？上PREEMPT_RT补丁。

配置实时内核，我一般这么操作：

1. 打PREEMPT_RT补丁——从kernel.org下载对应版本的补丁，patch -p1 < patch-6.1.75-rt32.patch。
2. 配置内核——make menuconfig，进入General Setup -> Preemption Model。
3. 选择实时模式——选Fully Preemptible Kernel (Real-Time)。

关键配置项我列一下：

配置完实时内核，别忘了测试。我习惯用cyclictest跑一下：

# 安装rt-tests
apt-get install rt-tests

# 运行测试，测量最大延迟
cyclictest -t 5 -p 80 -i 1000 -l 100000

# 输出示例
# T: 0 ( 1234) P: 80 I:1000 C: 100000 Min:   2 Act:   5 Avg:   4 Max:  17

看到Max值了吗？17微秒。这就是实时内核的威力。