u-boot编译过程分析

U－BOOT是一个LINUX下的工程，在编译之前必须已经安装对应体系结构的交叉编译环境，这里只针对ARM，编译器系列软件为arm-linux-*。

U－BOOT的下载地址：
我下载的是1.1.6版本，一开始在FTP上下载了一个次新版，结果编译失败。1.1.6是没问题的。

u-boot源码结构

    解压就可以得到全部u-boot源程序。在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序。这些目录中所要存放的文件有其规则，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

顶层Makefile分析

要了解一个LINUX工程的结构必须看懂Makefile，尤其是顶层的，没办法，UNIX世界就是这么无奈，什么东西都用文档去管理、配置。首先在这方面我是个新手，时间所限只粗浅地看了一些Makefile规则。

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 */
#include "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。

按照readme 所说的
make NAME_config
make


-------------------------------------------------------------------------

其中NAME_config在根目录的Makefile中，其中包含了很多
NAME_config,代表各个不同的板子。
如果要新添加一块板子的支持，需要在Makefile中新添加一个NAME_config
比如
#########################################################################
## HFRK S3C44B0 Systems
#########################################################################

hfrks3c44b0_config    :    unconfig
    @./mkconfig $(@:_config=) arm s3c44b0 hfrks3c44b0 hfrk
    
后面的几个参数依次表示 ARCH,CPU,BOARD,VENDOR
-------------------------------------------------------------------------


然后跟到mkconfig去看看执行了什么
根据该脚本的注释知道他做了三件事情
1)为变量赋值并输出到./include/config.mk文件的末尾(不要和根目录下面的config.mk搞混)
   对于上面的配置项
     ARCH = arm
     CPU = s3c44b0
     BOARD = hfrks3c44b0
     
2）在./include下面建立了几个链接文件
    rm -f asm
        ln -s asm-$2 asm
        rm -f asm-$2/arch
        ln -s arch-$3 asm-$2/arch
        if [ "$2" = "arm" ] ; then
            rm -f asm-$2/proc
            ln -s proc-armv asm-$2/proc
        fi
        也就是
     asm/ --->asm-arm
     arch-s3c44b0 --->asm-arm/arch
     proc-armv ---> asm-arm/proc
     
3)  生产config.h文件
     一般要编译一个软件，要有一个配置文件和一个makefile.u-BOOT底下，配置文件不是动态生成的。
     而是手工编写的。文件中包含了很多CFG_xxx CONFIG_xxxx这类的东西，这些在u-boot的README中
     有详细的说明。
     看此步骤的脚本：
      #
            # Create board specific header file
            #
            if [ "$APPEND" = "yes" ]    # Append to existing config file
            then
                echo >> config.h
            else
                > config.h        # Create new config file
            fi
            echo "" >>config.h
            echo "#include " >>config.h
            exit 0
     就是在./include中生成一个config.h文件，该文件中包含了实际的config文件
     如上面的配置中：
                  config.h如下：
                  include
     所以hfrks3c44b0.h才是真正的配置文件，如果要添加一个新板子，要把该板子的
     配置文件放入./include/configs/底下，名字就用NAME_config中的NAME。
----------------------------------------------------------------------------------


下面看看根目录下面的config.mk
该文件也配置了一下常用的重要选项
包括
        编译器如AS,LD,CC等
        一些重要的FLAGS 如CFLAGS CPPFLAGS LDFLAGS.....
        由*.s *.c生成*.o的规则
        #########################################
        %.s:    %.S
            $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $(CURDIR)/$<
        %.o:    %.S
            $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $(CURDIR)/$<
        %.o:    %.c
            $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

    #############################################
    还包含了几个文件
       sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk   PLATFORM_CPPFLAGS += -DCONFIG_ARM -D__ARM__

       sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk PLATFORM_CPPFLAGS,PLATFORM_RELFLAGS
                                              
       sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk  TEXT_BASE , PLATFORM_CPPFLAGS
 ------------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
  接下来看跟目录下面的Makefile文件，这个是编译u-boot的核心
  整个Makefile可以分成下面几个部分：
            初始化变量
            Include文件
            确定要编译的OBJS和LIBS
            编译规则(就是说如果编译出Image)
            所有的配置项 NAME_config ......
            clean规则
            
   下面主要看看编译规则部分：
   
    #########################################################################

                ALL = u-boot.srec u-boot.bin System.map
                
                all:        $(ALL)
                
                u-boot.srec:    u-boot
                        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@
                
                u-boot.bin:    u-boot
                        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
                
                u-boot.img:    u-boot.bin
                        ./tools/mkimage -A $(ARCH) -T firmware -C none \
                        -a $(TEXT_BASE) -e 0 \
                        -n $(shell sed -n -e 's/.*U_BOOT_VERSION//p' include/version.h | \
                            sed -e 's/"[     ]*$$/ for $(BOARD) board"/') \
                        -d $< $@
                
                u-boot.dis:    u-boot
                        $(OBJDUMP) -d $< > $@
                
                u-boot:        depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)
                        UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed  -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\
                        $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(OBJS) \
                            --start-group $(LIBS) $(PLATFORM_LIBS) --end-group \
                            -Map u-boot.map -o u-boot
                
                $(LIBS):
                        $(MAKE) -C `dirname $@`
                
                $(SUBDIRS):
                        $(MAKE) -C $@ all
                
                gdbtools:
                        $(MAKE) -C tools/gdb || exit 1
                
                depend dep:
                        @for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir .depend ; done
                
                tags:
                        ctags -w `find $(SUBDIRS) include \
                                lib_generic board/$(BOARDDIR) cpu/$(CPU) lib_$(ARCH) \
                                fs/cramfs fs/fat fs/fdos fs/jffs2 \
                                net disk rtc dtt drivers drivers/sk98lin common \
                            \( -name CVS -prune \) -o \( -name '*.[ch]' -print \)`
                
                etags:
                        etags -a `find $(SUBDIRS) include \
                            \( -name CVS -prune \) -o \( -name '*.[ch]' -print \)`
                
                System.map:    u-boot
                        @$(NM) $< | \
                        grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aUw] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)' | \
                        sort > System.map
                
                #########################################################################
                
                如果用make 或者make all ,可以编译出  u-boot.srec u-boot.bin System.map
                其中    - "u-boot.bin" is a raw binary image
                            - "u-boot" is an image in ELF binary format
                            - "u-boot.srec" is in Motorola S-Record format
                            
                u-boot.bin:    u-boot
                可以看出来u-boot.bin 的生成需要u-boot这个elf文件
                从u-boot的生成过程可以看到，生成u-boot需要所有的OBJS和LIBS.
                u-boot.img 是由u-boot自带的mkimage工具生成的。

 原文地址 http://blog.sina.com.cn/s/reader_554dddc70100a28z.html