u-boot的Makefile分析

U－BOOT是一個(gè)LINUX下的工程，在編譯之前必須已經(jīng)安裝對(duì)應(yīng)體系結(jié)構(gòu)的交叉編譯環(huán)境，這里只針對(duì)ARM，編譯器系列軟件為arm-linux-*。

U－BOOT的下載地址： http://sourceforge.net/projects/u-boot
我下載的是1.1.6版本，一開(kāi)始在FTP上下載了一個(gè)次新版，結(jié)果編譯失敗。1.1.6是沒(méi)問(wèn)題的。

u-boot源碼結(jié)構(gòu)

??? 解壓就可以得到全部u-boot源程序。在頂層目錄下有18個(gè)子目錄，分別存放和管理不同的源程序。這些目錄中所要存放的文件有其規(guī)則，可以分為3類(lèi)。
??? 第1類(lèi)目錄與處理器體系結(jié)構(gòu)或者開(kāi)發(fā)板硬件直接相關(guān)；
??? 第2類(lèi)目錄是一些通用的函數(shù)或者驅(qū)動(dòng)程序；
??? 第3類(lèi)目錄是u-boot的應(yīng)用程序、工具或者文檔。

u-boot的源碼頂層目錄說(shuō)明

目??? 錄??? ??? ??? ??? 特??? 性??? ??? ??? ??? 解 釋 說(shuō) 明
board??? ??? ??? ????? 平臺(tái)依賴(lài)??? ????? 存放電路板相關(guān)的目錄文件，
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? 例如：RPXlite(mpc8xx)、
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? smdk2410(arm920t)、
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? sc520_cdp(x86) 等目錄

cpu??? ??? ??? ??? ??? 平臺(tái)依賴(lài)??? ????? 存放CPU相關(guān)的目錄文件
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? 例如：mpc8xx、ppc4xx、
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? arm720t、arm920t、 xscale、i386等目錄

lib_ppc??? ??? ??? ??? 平臺(tái)依賴(lài)??? ????? 存放對(duì)PowerPC體系結(jié)構(gòu)通用的文件，
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? 主要用于實(shí)現(xiàn)PowerPC平臺(tái)通用的函數(shù)

lib_arm??? ??? ??? ??? 平臺(tái)依賴(lài)??? ??? ?? 存放對(duì)ARM體系結(jié)構(gòu)通用的文件，
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ???? 主要用于實(shí)現(xiàn)ARM平臺(tái)通用的函數(shù)

lib_i386??? ??? ?????? 平臺(tái)依賴(lài)??? ??? ?? 存放對(duì)X86體系結(jié)構(gòu)通用的文件，
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ???? 主要用于實(shí)現(xiàn)X86平臺(tái)通用的函數(shù)

include??? ??? ??? ??? 通用??? ??? ??? ??? 頭文件和開(kāi)發(fā)板配置文件，
??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ????? 所有開(kāi)發(fā)板的配置文件都在configs目錄下

common?????????????? 通用??? ??? ??? ??? 通用的多功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)
lib_generic??? ??? ??? 通用??? ??? ??? ??? 通用庫(kù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
net??? ??? ??? ??? ??? 　通用??? ??? ??? ??? 存放網(wǎng)絡(luò)的程序
fs??? ??? ??? ??? ???? 　通用??? ??? ??? ??? 存放文件系統(tǒng)的程序
post??? ??? ??? ?????? 　通用??? ??? ??? ??? 存放上電自檢程序
drivers??? ??? ??? ???　 通用??? ??? ??? ??? 通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，主要有以太網(wǎng)接口的驅(qū)動(dòng)
disk??? ??? ??? ??????　 通用??? ??? ??? ??? 硬盤(pán)接口程序
rtc??? ??? ??? ??? ???　 通用??? ??? ??? ??? RTC的驅(qū)動(dòng)程序
dtt??? ??? ??? ??? ???　 通用??? ??? ??? ??? 數(shù)字溫度測(cè)量器或者傳感器的驅(qū)動(dòng)
examples??? ??? ?????? 應(yīng)用例程??? ??? ???? 一些獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)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??? ??? ??? ??? ???　 文檔??? ??? ??? ??? 開(kāi)發(fā)使用文檔

??? u-boot的源代碼包含對(duì)幾十種處理器、數(shù)百種開(kāi)發(fā)板的支持。可是對(duì)于特定的開(kāi)發(fā)板，配置編譯過(guò)程只需要其中部分程序。這里具體以S3C2410 & arm920t處理器為例，具體分析S3C2410處理器和開(kāi)發(fā)板所依賴(lài)的程序，以及u-boot的通用函數(shù)和工具。

編譯

以smdk_2410板為例，編譯的過(guò)程分兩部：

# make smdk2410_config
# make

頂層Makefile分析

要了解一個(gè)LINUX工程的結(jié)構(gòu)必須看懂Makefile，尤其是頂層的，沒(méi)辦法，UNIX世界就是這么無(wú)奈，什么東西都用文檔去管理、配置。首先在這方面我是個(gè)新手，時(shí)間所限只粗淺地看了一些Makefile規(guī)則。

以smdk_2410為例，順序分析Makefile大致的流程及結(jié)構(gòu)如下：

1) Makefile中定義了源碼及生成的目標(biāo)文件存放的目錄,目標(biāo)文件存放目錄BUILD＿DIR可以通過(guò)make O=dir 指定。如果沒(méi)有指定，則設(shè)定為源碼頂層目錄。一般編譯的時(shí)候不指定輸出目錄，則BUILD＿DIR為空。其它目錄變量定義如下：

#OBJTREE和LNDIR為存放生成文件的目錄，TOPDIR與SRCTREE為源碼所在目錄
OBJTREE??:= $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE??:= $(CURDIR)
TOPDIR??:= $(SRCTREE)
LNDIR??:= $(OBJTREE)
export?TOPDIR SRCTREE OBJTREE

2）定義變量MKCONFIG：這個(gè)變量指向一個(gè)腳本，即頂層目錄的mkconfig。

MKCONFIG?:= $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG

在編譯U－BOOT之前，先要執(zhí)行

# make smdk2410_config

smdk2410_config是Makefile的一個(gè)目標(biāo)，定義如下：

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

顯然，執(zhí)行# make smdk2410_config時(shí)，先執(zhí)行unconfig目標(biāo)，注意不指定輸出目標(biāo)時(shí)，obj，src變量均為空，unconfig下面的命令清理上一次執(zhí)行make *_config時(shí)生成的頭文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。

然后才執(zhí)行命令

?@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
MKCONFIG 是頂層目錄下的mkcofig腳本文件，后面五個(gè)是傳入的參數(shù)。

對(duì)于smdk2410_config而言，mkconfig主要做三件事：

在include文件夾下建立相應(yīng)的文件（夾）軟連接，

#如果是ARM體系將執(zhí)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，內(nèi)容很簡(jiǎn)單，定義了四個(gè)變量：

ARCH?? = arm
CPU??? = arm920t
BOARD? = smdk2410
SOC??? = s3c24x0

生成include/config.h頭文件，只有一行：

/* Automatically generated - do not edit */
#include "config/smdk2410.h"

mkconfig腳本文件的執(zhí)行至此結(jié)束，繼續(xù)分析Makefile剩下部分。

3）包含include/config.mk，其實(shí)也就相當(dāng)于在Makefile里定義了上面四個(gè)變量而已。

4) 指定交叉編譯器前綴：

ifeq ($(ARCH),arm)#這里根據(jù)ARCH變量，指定編譯器前綴。
CROSS_COMPILE = arm-linux-
endif

5)包含config.mk:

#包含頂層目錄下的config.mk，這個(gè)文件里面主要定義了交叉編譯器及選項(xiàng)和編譯規(guī)則
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk

下面分析config.mk的內(nèi)容：

　　　＠包含體系，開(kāi)發(fā)板，CPU特定的規(guī)則文件：

ifdef?ARCH　#指定預(yù)編譯體系結(jié)構(gòu)選項(xiàng)
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk?# include architecture dependend rules
endif
ifdef?CPU #定義編譯時(shí)對(duì)齊，浮點(diǎn)等選項(xiàng)
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk?# include? CPU?specific rules
endif
ifdef?SOC #沒(méi)有這個(gè)文件
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk?# include? SoC?specific rules
endif

ifdef?BOARD　#指定特定板子的鏡像連接時(shí)的內(nèi)存基地址，重要！
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk?# include board specific rules
endif

＠定義交叉編譯鏈工具

# 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

＠定義AR選項(xiàng)ARFLAGS，調(diào)試選項(xiàng)DBGFLAGS，優(yōu)化選項(xiàng)OPTFLAGS

　預(yù)處理選項(xiàng)CPPFLAGS，C編譯器選項(xiàng)CFLAGS，連接選項(xiàng)LDFLAGS

　LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)　#指定了起始地址TEXT_BASE

＠指定編譯規(guī)則：

$(obj)%.s:?%.S
?$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
$(obj)%.?%.S
?$(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
$(obj)%.?%.c
?$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

回到頂層makefile文件：

6）U-boot需要的目標(biāo)文件。

OBJS? = cpu/$(CPU)/start.o # 順序很重要，start.o必須放第一位

7）需要的庫(kù)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)

根據(jù)上面的include/config.mk文件定義的ARCH、CPU、BOARD、SOC這些變量。硬件平臺(tái)依賴(lài)的目錄文件可以根據(jù)這些定義來(lái)確定。SMDK2410平臺(tái)相關(guān)目錄及對(duì)應(yīng)生成的庫(kù)文件如下。
??? board/smdk2410/??????? ：庫(kù)文件board/smdk2410/libsmdk2410.a
??? cpu/arm920t/????????????? ：庫(kù)文件cpu/arm920t/libarm920t.a
??? cpu/arm920t/s3c24x0/ :??庫(kù)文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a
??? lib_arm/???????????????????? :?庫(kù)文件lib_arm/libarm.a
??? include/asm-arm/?????? :下面兩個(gè)是頭文件。
??? include/configs/smdk2410.h

8）最終生成的各種鏡像文件：

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 $< $@
#這里生成的是U-boot　的ELF文件鏡像
$(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

分析一下最關(guān)鍵的u-boot ELF文件鏡像的生成：

?????????? @依賴(lài)目標(biāo)depend :生成各個(gè)子目錄的.depend文件，.depend列出每個(gè)目標(biāo)文件的依賴(lài)文件。生成方法，調(diào)用每個(gè)子目錄的make _depend。

depend dep:
??for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done

@依賴(lài)目標(biāo)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)

@偽目標(biāo)SUBDIRS: 執(zhí)行tools ,examples ,post,post\cpu 子目錄下面的make文件。

SUBDIRS?= tools \
?? examples \
?? post \
?? post/cpu
.PHONY : $(SUBDIRS)

$(SUBDIRS):
??$(MAKE) -C $@ all

@依賴(lài)目標(biāo)$(OBJS)，即cpu/start.o

$(OBJS):
??$(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

@依賴(lài)目標(biāo)$(LIBS)，這個(gè)目標(biāo)太多，都是每個(gè)子目錄的庫(kù)文件*.a ，通過(guò)執(zhí)行相應(yīng)子目錄下的make來(lái)完成：

$(LIBS):
??$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))?

@依賴(lài)目標(biāo)$(LDSCRIPT)：

LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)

對(duì)于smdk2410,LDSCRIPT即連接腳本文件是board/smdk2410/u-boot.lds，定義了連接時(shí)各個(gè)目標(biāo)文件是如何組織的。內(nèi)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指定的基地址為0x33f80000*/
?? cpu/arm920t/start.o?(.text)???????? /*start.o為首*/
?? *(.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 = .;
}

@執(zhí)行連接命令：

cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
???--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
???-Map u-boot.map -o u-boot

其實(shí)就是把start.o和各個(gè)子目錄makefile生成的庫(kù)文件按照LDFLAGS連接在一起，生成ELF文件u-boot 和連接時(shí)內(nèi)存分配圖文件u-boot.map。

9)對(duì)于各子目錄的makefile文件，主要是生成*.o文件然后執(zhí)行AR生成對(duì)應(yīng)的庫(kù)文件。如lib_generic文件夾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 $(OBJS) #項(xiàng)層Makefile執(zhí)行make libgeneric.a
?$(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)

整個(gè)makefile剩下的內(nèi)容全部是各種不同的開(kāi)發(fā)板的*_config:目標(biāo)的定義了。

概括起來(lái)，工程的編譯流程也就是通過(guò)執(zhí)行執(zhí)行一個(gè)make *_config傳入ARCH，CPU，BOARD，SOC參數(shù)，mkconfig根據(jù)參數(shù)將include頭文件夾相應(yīng)的頭文件夾連接好，生成config.h。然后執(zhí)行make分別調(diào)用各子目錄的makefile 生成所有的obj文件和obj庫(kù)文件*.a.? 最后連接所有目標(biāo)文件，生成鏡像。不同格式的鏡像都是調(diào)用相應(yīng)工具由elf鏡像直接或者間接生成的。

剩下的工作就是分析U-Boot源代碼了。