2014年（68）
分类： 嵌入式
2014-07-06 21:13:07
原文地址：U-Boot Makefile文件分析 作者：xgmiao
解压u-boot压缩文件即可得到u-boot源代码。这些源代码可以分为3类：
第1类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；
第2类目录是一些通用的函数或者驱动程序；
第3类目录是u-boot的应用程序、工具或者文档。
u-boot的源码顶层目录说明
目 录 特 性 解 释 说 明
board 平台依赖 存放电路板相关的目录文件，
例如：RPXlite(mpc8xx)、
smdk2410(arm920t)、
sc520_cdp(x86) 等目录
cpu 平台依赖 存放CPU相关的目录文件
例如：mpc8xx、ppc4xx、arm720t、
arm920t、 xscale、i386等目录
lib_ppc 平台依赖 存放对PowerPC体系结构通用的文件，
主要用于实现PowerPC平台通用的函数
lib_arm 平台依赖 存放对ARM体系结构通用的文件，
主要用于实现ARM平台通用的函数
lib_i386 平台依赖 存放对X86体系结构通用的文件，
主要用于实现X86平台通用的函数
include 通用 头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下
common 通用 通用的多功能函数实现
lib_generic 通用 通用库函数的实现
net 通用 存放网络的程序
fs 通用 存放文件系统的程序
post 通用 存放上电自检程序
drivers 通用 通用的设备驱动程序，主要有
以太网接口的驱动
disk 通用 硬盘接口程序
rtc 通用 RTC的驱动程序
dtt 通用 数字温度测量器或者传感器的驱动
examples 应用例程 一些独立运行的应用程序的例子，例如helloworld
tools 工具 存放制作S-Record或者u-boot格式的映像等工具， 例如mkimage
doc 文档 开发使用文档
u-boot的源代码包含对几十种处理器、数百种开发板的支持。可是对于特定的开发板，配置编译过程只需要其中部分程序。这里具体以S3C2410 & arm920t处理器为例，具体分析S3C2410处理器和开发板所依赖的程序，以及u-boot的通用函数和工具。
编译
以smdk_2410板为例，编译的过程分两部：
# make smdk2410_config
# make all
顶层Makefile分析
以smdk_2410为例，顺序分析Makefile大致的流程及结构如下：
1) Makefile中定义了源码及生成的目标文件存放的目录,目标文件存放目录BUILD＿DIR可以通过make O=dir 指定。如果没有指定，则设定为源码顶层目录。一般编译的时候不指定输出目录，则BUILD＿DIR为空。其它目录变量定义如下：
#OBJTREE和LNDIR为存放生成文件的目录，TOPDIR与SRCTREE为源码所在目录
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE := $(CURDIR)
TOPDIR := $(SRCTREE)
LNDIR := $(OBJTREE)
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE
2）定义变量MKCONFIG：这个变量指向一个脚本，即顶层目录的mkconfig。
MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG
在编译U－BOOT之前，先要执行
# make smdk2410_config
smdk2410_config是Makefile的一个目标，定义如下：
smdk2410_config : unconfig
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
unconfig::
@rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \
$(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp
显然，执行# make smdk2410_config时，先执行unconfig目标，注意不指定输出目标时，obj，src变量均为空，unconfig下面的命令清理上一次执行make *_config时生成的头文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。
然后才执行命令
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
MKCONFIG 是顶层目录下的mkcofig脚本文件，后面五个是传入的参数。
对于smdk2410_config而言，mkconfig主要做三件事：
在include文件夹下建立相应的文件（夹）软连接，
#如果是ARM体系将执行以下操作：
#ln -s asm-arm asm
#ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch
#ln -s proc-armv asm-arm/proc
生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：
ARCH = arm
CPU = arm920t
BOARD = smdk2410
SOC = s3c24x0
生成include/config.h头文件，只有一行：
/* Automatically generated - do not edit */
＃i nclude "config/smdk2410.h"
mkconfig脚本文件的执行至此结束，继续分析Makefile剩下部分。
3）包含include/config.mk，其实也就相当于在Makefile里定义了上面四个变量而已。
4) 指定交叉编译器前缀：
ifeq ($(ARCH),arm)#这里根据ARCH变量，指定编译器前缀。
CROSS_COMPILE = arm-linux-
endif
5)包含config.mk:
#包含顶层目录下的config.mk，这个文件里面主要定义了交叉编译器及选项和编译规则
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk
下面分析config.mk的内容：
＠包含体系，开发板，CPU特定的规则文件：
ifdef ARCH #指定预编译体系结构选项
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules
endif
ifdef CPU #定义编译时对齐，浮点等选项
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include CPU specific rules
endif
ifdef SOC #没有这个文件
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include SoC specific rules
endif
ifdef BOARD #指定特定板子的镜像连接时的内存基地址，重要！
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules
endif
＠定义交叉编译链工具
# Include the make variables (CC, etc...)
#
AS = $(CROSS_COMPILE)as
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
CPP = $(CC) -E
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
NM = $(CROSS_COMPILE)nm
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
RANLIB = $(CROSS_COMPILE)RANLIB
＠定义AR选项ARFLAGS，调试选项DBGFLAGS，优化选项OPTFLAGS
预处理选项CPPFLAGS，C编译器选项CFLAGS，连接选项LDFLAGS
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS) #指定了起始地址TEXT_BASE
＠指定编译规则：
$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
$(obj)%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
$(obj)%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
回到顶层makefile文件：
6）U-boot需要的目标文件。
OBJS = cpu/$(CPU)/start.o # 顺序很重要，start.o必须放第一位
7）需要的库文件：
LIBS = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
ifdef SOC
LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
endif
LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
LIBS += fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a \
fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a
LIBS += net/libnet.a
LIBS += disk/libdisk.a
LIBS += rtc/librtc.a
LIBS += dtt/libdtt.a
LIBS += drivers/libdrivers.a
LIBS += drivers/nand/libnand.a
LIBS += drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a
LIBS += common/libcommon.a
LIBS += $(BOARDLIBS)
LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))
.PHONY : $(LIBS)
根据上面的include/config.mk文件定义的ARCH、CPU、BOARD、SOC这些变量。硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录及对应生成的库文件如下。
board/smdk2410/ ：库文件board/smdk2410/libsmdk2410.a
cpu/arm920t/ ：库文件cpu/arm920t/libarm920t.a
cpu/arm920t/s3c24x0/ : 库文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a
lib_arm/ : 库文件lib_arm/libarm.a
include/asm-arm/ :下面两个是头文件。
include/configs/smdk2410.h
8）最终生成的各种镜像文件：
ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)
all: $(ALL)
$(obj)u-boot.hex: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@
$(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@
$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
#这里生成的是U-boot 的ELF文件镜像
$(obj)u-boot: depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)
UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed -n -e ''''''''''''''''''''''''''''''''s/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p''''''''''''''''''''''''''''''''|sort|uniq`;\
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-boot
分析一下最关键的u-boot ELF文件镜像的生成：
@依赖目标depend :生成各个子目录的.depend文件，.depend列出每个目标文件的依赖文件。生成方法，调用每个子目录的make _depend。
depend dep:
for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done
@依赖目标version：生成版本信息到版本文件VERSION_FILE中。
version:
@echo -n "#define U_BOOT_VERSION \"U-Boot " > $(VERSION_FILE); \
echo -n "$(U_BOOT_VERSION)" >> $(VERSION_FILE); \
echo -n $(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/tools/setlocalversion \
$(TOPDIR)) >> $(VERSION_FILE); \
echo "\"" >> $(VERSION_FILE)
@伪目标SUBDIRS: 执行tools ,examples ,post,post\cpu 子目录下面的make文件。
SUBDIRS = tools \
examples \
post \
post/cpu
.PHONY : $(SUBDIRS)
$(SUBDIRS):
$(MAKE) -C $@ all
@依赖目标$(OBJS)，即cpu/start.o
$(OBJS):
$(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))
@依赖目标$(LIBS)，这个目标太多，都是每个子目录的库文件*.a ，通过执行相应子目录下的make来完成：
$(LIBS):
$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
@依赖目标$(LDSCRIPT)：
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
对于smdk2410,LDSCRIPT即连接脚本文件是board/smdk2410/u-boot.lds，定义了连接时各个目标文件是如何组织的。内容如下：
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000;
. = ALIGN(4);
.text :/*.text的基地址由LDFLAGS中-Ttext $(TEXT_BASE)指定*/
{ /*smdk2410指定的基地址为0x33f80000*/
cpu/arm920t/start.o (.text) /*start.o为首*/
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.rodata : { *(.rodata) }
. = ALIGN(4);
.data : { *(.data) }
. = ALIGN(4);
.got : { *(.got) }
. = .;
__u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : { *(.bss) }
_end = .;
}
@执行连接命令：
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-boot
其实就是把start.o和各个子目录makefile生成的库文件按照LDFLAGS连接在一起，生成ELF文件u-boot 和连接时内存分配图文件u-boot.map。
9)对于各子目录的makefile文件，主要是生成*.o文件然后执行AR生成对应的库文件。如lib_generic文件夹Makefile：
LIB = $(obj)libgeneric.a
COBJS = bzlib.o bzlib_crctable.o bzlib_decompress.o \
bzlib_randtable.o bzlib_huffman.o \
crc32.o ctype.o display_options.o ldiv.o \
string.o vsprintf.o zlib.o
SRCS := $(COBJS:.o=.c)
OBJS := $(addprefix $(obj),$(COBJS))
$(LIB): $(obj).depend $(OBJS) #项层Makefile执行make libgeneric.a
$(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)
整个makefile剩下的内容全部是各种不同的开发板的*_config:目标的定义了。
概括起来，工程的编译流程也就是通过执行执行一个make *_config传入ARCH，CPU，BOARD，SOC参数，mkconfig根据参数将include头文件夹相应的头文件夹连接好，生成config.h。然后执行make分别调用各子目录的makefile 生成所有的obj文件和obj库文件*.a. 最后连接所有目标文件，生成镜像。不同格式的镜像都是调用相应工具由elf镜像直接或者间接生成的。
