make zImage和make uImage的区别和mkimage工具的使用

刚刚接触到linux内核编译过程的时候，相信不少人跟我一样，都是按照手册或者网上的教程一步一步的执行，对于其中的很多原理和过程都是一知半解，这其中有一个很常见的问题，就是make image命令。

因为大家都知道，在编译linux内核时，往往会涉及到以下3个命令：

make Image
make zImage
make uImage

那么，这3个命令分别是做什么的？所生成的对象又有什么区别呢？

在网上查阅了很多的资料和博客，发现绝大部分都是千篇一律的说法，在对比上述3个概念的时候，顺带还对vmlinux、vmlinuz、initrd等诸多概念胡乱进行一通比较，概念模糊，根本没把问题解释清楚，很明显是互相摘抄、囫囵吞枣的。算了，还是我自己来捋一捋好了。

1、首先来解释一下前面2个命令的区别。Image为普通的内核映像文件，而zImage为压缩过的内核映像文件（其中的z字母就是压缩的意思）。一般情况下，编译出来的Image大约为4M，而zImage不到2M。

2、然后来解释一下第3个命令uImage。它是uboot专用的映像文件，它是在zImage之前加上一个长度为64字节的“头”，说明这个内核的版本、加载位置、生成时间、大小等信息；其0x40之后与zImage没区别。换句话说，如果直接从uImage的0x40位置开始执行，那么zImage和uImage没有任何区别。

为什么要用uboot 的mkimage工具处理内核映像zImage呢？

因为uboot在用bootm命令引导内核的时候，bootm需要读取一个64字节的文件头，来获取这个内核映象所针对的CPU体系结构、OS、加载到内存中的位置、在内存中入口点的位置以及映象名等等信息。这样bootm才能为OS设置好启动环境，并跳入内核映象的入口点。而mkimage就是添加这个文件头的专用工具。具体的实现请看uboot中bootm的源码和mkimage的源码。

3、另外，要额外说明的是如何来生成uImage。资料上显示，linux2.4之前版本的内核不支持直接生成uImage镜像文件，需要手动来生成。而对于linux2.6之后版本的内核，尽管加入了很多对嵌入式系统的支持，但是uImage的生成也需要单独设置。

那究竟要如何生成uImage呢？这就要从uboot处来想办法了。

uboot源代码的tools/目录下有一个mkimage工具，这个工具可以用来制作不压缩或者压缩的多种可启动映象文件。

leon@Ubuntu:~/u-boot-2010.03/tools$ ls
bddb             fdt_ro.o        img2srec.o         mkimage.c
bin2header.c     fdt_rw.o        imls               mkimage.h
bmp_logo         fdt_strerror.o  imximage.c         mkimage.o
bmp_logo.c       fdt_wip.o       imximage.h         mpc86x_clk.c
bmp_logo.o       fit_image.c     imximage.o         ncb.c
crc32.o          fit_image.o     inca-swap-bytes.c  netconsole
default_image.c  gdb             jtagconsole        os_support.c
default_image.o  gen_eth_addr    kwbimage.c         os_support.h
easylogo         gen_eth_addr.c  kwbimage.h         os_support.o
env              gen_eth_addr.o  kwbimage.o         scripts
envcrc           getline.c       logos              setlocalversion
envcrc.c         getline.h       Makefile           sha1.o
envcrc.o         image.o         md5.o              ubsha1.c
env_embedded.o   img2brec.sh     mingw_support.c    updater
fdt_host.h       img2srec        mingw_support.h
fdt.o            img2srec.c      mkimageleon@Ubuntu:~/u-boot-2010.03/tools$ ll mkimage
-rwxrwxr-x 1 leon leon 62384  1月 26 22:30 mkimage*leon@Ubuntu:~/u-boot-2010.03/tools$ file mkimage
mkimage: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.24, BuildID[sha1]=0x366213ad60c7c7fc6793def77d2df59d2ab85d5d, stripped

下面介绍下mkimage这个工具的用法：

参数说明：

-A：指定 CPU 的体系结构，可用值有：alpha、arm 、x86、ia64、mips、mips64、 ppc 、s390、sh、sparc 、sparc64、m68k 等；
-O：指定操作系统类型，可用值有：openbsd、netbsd、freebsd、4_4bsd、linux、 svr4、esix、solaris、irix、sco、dell、ncr、lynxos、vxworks、psos、qnx、u-boot、rtems、artos；
-T：指定映象类型，可用值有：standalone、kernel、ramdisk、multi、firmware、script、filesystem；
-C：指定映象压缩方式，可用值有：
：none 不压缩(一般使用这个，因为 zImage 是已经被 bzip2 压缩过的自解压内核)；
：zip 用 gzip 的压缩方式；
：bzip2 用 bzip2 的压缩方式；
-a：指定映象在内存中的加载地址，映象下载到内存中时，要按照用 mkimage 制作映象时，这个参数所指定的地址值来下载；
-e：指定映象运行的入口点地址，这个地址就是-a 参数指定的值加上 0x40（因为前面有个 mkimage 添加的 0x40 个字节的头）；
-n：指定映象名；
-d：指定制作映象的源文件；

以下是我的示例（摘自tekkaman的制作内核映像的命令）：

mkimage -n 'mykernel' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008040 -d zImage uImage.img

该命令的作用就是，将目录下的zImage文件制作成符合uboot引导要求的uImage.img文件，使得uboot能够正确的引导和启动linux内核。

其中有几点要注意：

1、关于偏移量的问题（请千万注意这一点）。’-e’命令之后的地址，必须比’-a’命令后的地址多0x40的偏移量。一旦没有偏移，则会导致系统出现引导失败的问题。而很多博客文章里，居然把这2个值写成一样的，都写成0x30008000。也不知道各位博主们自己到底有没有尝试过，害我一开始折腾了半天才发现这个问题，简直就是浪费我的时间。

**2、执行该命令时，要注意一下权限的问题。**我一开始时在虚拟机的共享目录下执行，一直提示失败：

leon@Ubuntu:/mnt/share/tmp/zImages$ mkimage -n 'mykernel' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008040 -d zImage uImage.img
mkimage: Can't map uImage.img: Invalid argument

后来跳转到~目录下执行，就一下子成功了。成功后的提示信息如下：

leon@Ubuntu:~$ mkimage -n 'mykernel' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x30008000 -e 0x30008040 -d zImage uImage.img
Image Name:   mykernel
Created:      Wed Feb  1 14:50:47 2017
Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
Data Size:    2266576 Bytes = 2213.45 kB = 2.16 MB
Load Address: 30008000
Entry Point:  30008040

将生成的image文件，拷贝到nfs目录下，按照uboot环境变量的预设名称改名，然后启动uboot，系统成功引导启动！

hit any key to stop auto_boot:  0
DM9000: Found at 0x20000300, id: 0x90000a46
DM9000: running in 16 bit mode
MAC: 08:08:11:18:12:27
Operating at 100M full duplex mode
Begin to Initiate NFS Process...
NFS Process Using dm9000 device
NFS: File transfer via NFS:Srver_Addr: 192.168.100.120;Local_Addr: 192.168.100.230;filename: '/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs/zImage.img'address: 0x30008000loading......
...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................done
Bytes transferred = 2266640 (229610 hex)
## Booting kernel from Legacy Image at 30008000 ...Image Name:   leon_20170201Created:      2017-02-01   6:50:47 UTCImage Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)Data Size:    2266576 Bytes =  2.2 MBLoad Address: 30008000Entry Point:  30008040Verifying Checksum ... OKXIP Kernel Image ... OK
OKStarting kernel ...
Uncompressing Linux................................................................................................................................................... done, booting the kernel.
Linux version 2.6.32.2-leon (leon@Ubuntu) (gcc version 4.4.3 (ctng-1.6.1) ) #1 Wed Feb 1 08:33:10 CST 2017
CPU: ARM920T [41129200] revision 0 (ARMv4T), cr=c0007177
CPU: VIVT data cache, VIVT instruction cache...（此处略去12345678个字）.....NFS root ...Done

**3、将mkimage工具所在目录加入环境变量。**可以将mkimage这个工具拷贝到usr/bin等用户目录下，这样直接在命令行输入这个命令就可以运行，而无需每次都手工指定到uboot/tools这个目录下去，提高执行效率。当然，也可以按照我的另一篇博客（linux（ubuntu）编译linux内核提示"mkimage" command not found）中介绍的方案，直接在ubuntu系统中安装一下uboot的mkimage命令，效果更好。

**4、关于linux2.6之后版本的系统，是否可以直接make uImage？**这一点，虽然绝大部分的网文和博客中都说到要单独设置，但是却没有人明确指出要如何设置。我直接在ubuntu 12.04的系统（Linux Ubuntu 3.13.0-32-generic）中输入make uImage命令，确实能够运行，也确实在指定的目录下生成了uImage文件。

leon@Ubuntu:/opt/FriendlyARM/mini2440/linux-2.6.32.2$ make uImageCHK     include/linux/version.h
make[1]: “include/asm-arm/mach-types.h”是最新的。CHK     include/linux/utsrelease.hSYMLINK include/asm -> include/asm-armCALL    scripts/checksyscalls.shCHK     include/linux/compile.hKernel: arch/arm/boot/Image is readyKernel: arch/arm/boot/zImage is readyUIMAGE  arch/arm/boot/uImage
Image Name:   Linux-2.6.32.2-leon
Created:      Wed Feb  1 15:48:37 2017
Image Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)
Data Size:    2266576 Bytes = 2213.45 kB = 2.16 MB
Load Address: 30008000
Entry Point:  30008000
Image arch/arm/boot/uImage is ready

但是，遗憾的是，上面生成的镜像文件，导入到开发板上却无法执行！

hit any key to stop auto_boot:  0
DM9000: Found at 0x20000300, id: 0x90000a46
DM9000: running in 16 bit mode
MAC: 08:08:11:18:12:27
Operating at 100M full duplex mode
Begin to Initiate NFS Process...
NFS Process Using dm9000 device
NFS: File transfer via NFS:Srver_Addr: 192.168.100.120;Local_Addr: 192.168.100.230;filename: '/opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs/zImage.img'address: 0x30008000loading......
..........................................T .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................done
Bytes transferred = 2266640 (229610 hex)
## Booting kernel from Legacy Image at 30008000 ...Image Name:   Linux-2.6.32.2-leonCreated:      2017-02-01   7:48:37 UTCImage Type:   ARM Linux Kernel Image (uncompressed)Data Size:    2266576 Bytes =  2.2 MBLoad Address: 30008000Entry Point:  30008000Verifying Checksum ... OKXIP Kernel Image ... OK
OKStarting kernel ...         （卡在这里不动了............）

至于失败的原因，我觉得很有可能就是因为没有配置参数，导致上述第一点中的偏移量没有设置进去。这一点，从上面的Load Address和Entry Point的值就可以看出来。待后续我查找到如何配置make uImage命令的参数时，再进行验证！

不管如何，今天总算是成功搞清楚了make zImage和make uImage命令的区别，也成功编译出了uImage镜像文件，并下载到mini2440开发板上利用nfs引导成功，算是比较满意的收获吧！

搞定，收工！

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