u-boot的Makefile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 ppc_6xx-。U－BOOT的下载地址： http://sourceforge.net/projects/u-boot
我下载的是1.1.5版本

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,请各位多多指教。以cpci5200为例:

几个重要的文件分析：

u-boot-1.1.5/Makefile

u-boot-1.1.5/mkconfig

u-boot-1.1.5/config.mk

u-boot根目录下的Makefile文件（u-boot-1.1.5/Makefile）它负责配置u-boot的编译方式，具体说来包括：使用何种指令集，需包含哪些接口驱动、库等。Makefile的内容从上到下分别是：分定义编译环境：使用何种编译器、编译方式、目标文件的生成及它们最终镜像中的链接次序等。Mkconfig和config.mk在接下来的分析中会涉及到。

在编译U－BOOT之前，先要执行

# make cpci5200_config

cpci5200_config是Makefile的一个目标,定义如下：

cpci5200_config:  unconfig

   @$(MKCONFIG) -a cpci5200  ppc mpc5xxx cpci5200 esd

其中，unconfig定义如下：

unconfig:

       @rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk /

              $(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp

显然，执行# make cpci5200_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) -a cpci5200  ppc mpc5xxx cpci5200 esd

$(MKCONFIG)就会被替换成$(SRCTREE)/mkconfig文件路径， MKCONFIG 是顶层目录下的mkcofig脚本文件（u-boot-1.1.5/mkconfig），后面五个是传入的参数。Mkconfig文件的详细分析见文档末尾。

注意一下u-boot对板卡的分类方法：
Target：宿主机平台
Architecture：定义芯片架构（如MIPS、POWERPC、ARM等）
CPU：定义芯片指令集版本（如ARM7、ARM9、ARM11等）
Board：芯片厂商，它细分为两类
[VENDOR]：按厂商划分（如AT9200、S3C44B0等）
[SOC]：按SOC类型（如S3C2440、S3C2410等）

1)对于cpci5200_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(符号)连接，

#如果是PPC体系将执行以下操作：
#ln -s     asm-ppc        asm  

#ln -s arch-mpc5xxx    asm-ppc/arch
#ln -s   proc-armv       asm-ppc/proc

生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：

ARCH   = ppc
CPU    = mpc5xxx
BOARD = cpci5200
VENDOR    = esd

这些变量可以供其它的makefile使用，作为一个基本配置.

生成include/config.h头文件，只有一行：

echo“/* Automatically generated - do not edit */”>>config.h
echo“＃include <config/$1.h>”>>config.h

这两行代码生成一个include/config.h文件，这个文件很简单，只有一句话：
    #include <$1.h> 当然这里的$1时要被替换成不同的board名字的.这个取决于我们在主Makefile中xxxx_config目标中的xxxx是什么.

mkconfig脚本文件的执行至此结束

2)分析config.mk的内容：

u-boot根目录下自带一个config.mk文件（u-boot-1.1.5/config.mk），应 该说这才是真正的Makefile，以上介绍的两个脚本Makefile和mkconfig完成了环境配置之后，在该文件中才定义具体的编译规则，所以你会发现在各个子模块（board、 cpu、lib_xxx、net、disk...）目录中的Makefile第一句就是：include $(TOPDIR)/config.mk。文件内容分析如下：

这个文件的功能就是给各个在编译过程中的变量赋值，包括编译执行的函数与编译的时候所带的参数等等。还会根据是否定义了ARCH，CPU，SOC，VENDOR，BOARD来决定是否包含相应位置的config.mk文件，这些个文件里，也是定义了相应的平台在编译的时候应该加的参数。所以如果你为你自己的开发板取了别的名字了，那么就要检查一下这个文件，看一下相应的位置上的config.mk文件有没有，内容是否为你要想的。

l        包含体系，开发板，CPU特定的规则文件：

#指定预编译体系结构选项

ifdef ARCH

sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules

endif

#定义编译时对齐，浮点等选项

ifdef CPU

sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include  CPU  specific rules

endif

ifdef SOC

sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include  SoC  specific rules

endif

ifdef VENDOR

BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)

else

BOARDDIR = $(BOARD)

Endif

#指定特定板子的镜像连接时的内存基地址，重要！

ifdef BOARD

sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules

endif

l        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

l        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

#制定了在编译的时候告诉编译器生成的代码的基地址是TEXT_BASE

CPPFLAGS := $(DBGFLAGS) $(OPTFLAGS) $(RELFLAGS)      /

   -D__KERNEL__ -DTEXT_BASE=$(TEXT_BASE)   /

 

AFLAGS := $(AFLAGS_DEBUG) -D__ASSEMBLY__ $(CPPFLAGS)

 

#指定了起始地址TEXT_BASE

LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)

 

l        指定编译规则

ifndef REMOTE_BUILD

 

%.s:  %.S

   $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<

%.o:  %.S

   $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<

%.o:  %.c

   $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

 

else

 

$(obj)%.s:  %.S

   $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<

$(obj)%.o:  %.S

   $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<

$(obj)%.o:  %.c

   $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

endif

3）分析最关键的u-boot ELF文件镜像的生成

Makefile文件中的各个依赖目标分析如下：

l        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

l        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)

l        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

l        依赖目标$(OBJS)，即cpu/start.o

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

l        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 $(obj),,$@))

l        依赖目标$(LDSCRIPT)：

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

对于每一种开发板来说,LDSCRIPT即连接脚本文件，例如board/esd/cpci5200/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_ARCH(powerpc)

SEARCH_DIR(/lib); SEARCH_DIR(/usr/lib); SEARCH_DIR(/usr/local/lib); SEARCH_DIR(/usr/local/powerpc-any-elf/lib);

/* Do we need any of these for elf?

   __DYNAMIC = 0;    */

SECTIONS

{

  /* Read-only sections, merged into text segment: */

  . = + SIZEOF_HEADERS;

  .interp : { *(.interp) }

  .hash          : { *(.hash)   }

  .dynsym        : { *(.dynsym)    }

  .dynstr        : { *(.dynstr)    }

  .rel.text      : { *(.rel.text)     }

  .rela.text     : { *(.rela.text)    }

  .rel.data      : { *(.rel.data)     }

  .rela.data     : { *(.rela.data)    }

  .rel.rodata    : { *(.rel.rodata)   }

  .rela.rodata   : { *(.rela.rodata) }

  .rel.got       : { *(.rel.got)      }

  .rela.got      : { *(.rela.got)     }

  .rel.ctors     : { *(.rel.ctors) }

  .rela.ctors    : { *(.rela.ctors)   }

  .rel.dtors     : { *(.rel.dtors) }

  .rela.dtors    : { *(.rela.dtors)   }

  .rel.bss       : { *(.rel.bss)      }

  .rela.bss      : { *(.rela.bss)     }

  .rel.plt       : { *(.rel.plt)      }

  .rela.plt      : { *(.rela.plt)     }

  .init          : { *(.init) }

  .plt : { *(.plt) }

#.text的基地址由LDFLAGS中-Ttext $(TEXT_BASE)指定

  .text      :

  {

#start.o为首

cpu/mpc5xxx/start.o  (.text)

    *(.text)

    *(.fixup)

    *(.got1)

    . = ALIGN(16);

    *(.rodata)

    *(.rodata1)

    *(.rodata.str1.4)

    *(.eh_frame)

  }

  .fini      : { *(.fini)    } =0

  .ctors     : { *(.ctors)   }

  .dtors     : { *(.dtors)   }

 

  /* Read-write section, merged into data segment: */

  . = (. + 0x0FFF) & 0xFFFFF000;

  _erotext = .;

  PROVIDE (erotext = .);

  .reloc   :

  {

    *(.got)

    _GOT2_TABLE_ = .;

    *(.got2)

    _FIXUP_TABLE_ = .;

    *(.fixup)

  }

  __got2_entries = (_FIXUP_TABLE_ - _GOT2_TABLE_) >> 2;

  __fixup_entries = (. - _FIXUP_TABLE_) >> 2;

 

  .data    :

  {

    *(.data)

    *(.data1)

    *(.sdata)

    *(.sdata2)

    *(.dynamic)

    CONSTRUCTORS

  }

  _edata  =  .;

  PROVIDE (edata = .);

 

  . = .;

  __u_boot_cmd_start = .;

  .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }

  __u_boot_cmd_end = .;

 

 

  . = .;

  __start___ex_table = .;

  __ex_table : { *(__ex_table) }

  __stop___ex_table = .;

 

  . = ALIGN(4096);

  __init_begin = .;

  .text.init : { *(.text.init) }

  .data.init : { *(.data.init) }

  . = ALIGN(4096);

  __init_end = .;

 

  __bss_start = .;

  .bss       :

  {

   *(.sbss) *(.scommon)

   *(.dynbss)

   *(.bss)

   *(COMMON)

  }

  _end = . ;

  PROVIDE (end = .);

}

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。

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。

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。

 

 

Mkconfig源码注解

 

#下面这一行的内容，表示这个shell脚本的解释器是/bin/sh，给的解释器的参数为-e，这个#参数的意思就是，当shell返回值为非零值的时候，shell马上退出执行。在shell脚本里也

#可以没有这一行，这一行不是必须的，如果没有这一行的话，那么shell脚本就会用当前运

#行环境下的默认的shell来执行。

#!/bin/sh -e

 

# Script to create header files and links to configure

# U-Boot for a specific board.

#

# Parameters:  Target  Architecture  CPU  Board [VENDOR] [SOC]

#

# (C) 2002-2006 DENX Software Engineering, Wolfgang Denk <[e-mail]>

#

 

#APPEND变量与BOARD_NAME变量都设置了默认值，如果后面对变量值有修改就以后面的为准，#没有就是默认值了。这里的APPEND的参数的意义，实际上就是用来标识是否产生一个新的配#置文件，还是直接把生成的配置信息写到旧文件后面。

APPEND=no       # Default: Create new config file

BOARD_NAME=""   # Name to print in make output

 

#$#代表的是传入脚本的参数的个数，-gt表示是如果左边参数比右边参数大，则返回true，

#否则为false。$1代表的是传入的第一个参数的内容，$2表示传入的第二个参数的内容，以

#此类推。shift表示参数都左移一位，原来的$3变为$2，$2为$1，$1的内容则被丢弃。这个

#地方，实际上是处理了一些附加的参数的问题，如果是--，则仅丢弃不做其它处理；如果是#-a，则把APPEND的值置为yes；如果是-n，则表示后面跟的是板子的名字。${a%%pattern}是#shell中的一个替换语法，表示把变量a中的内容，从右至左，最大程度上把符合pattern样

#式的字符串删掉。这里可以看出，如果-n后面跟的是类似于smdk2410_config的参数的话，

#则最后会变成smdk2410；如果是其它的值，则退出循环，不执行了。在Makefile中的动作，#其实并不会触发这里的处理逻辑，估计这里是作者为了调试方便，需要单独运行此脚本的时#候，加的一些对参数的处理。

while [ $# -gt 0 ] ; do

       case "$1" in

       --) shift ; break ;;

       -a) shift ; APPEND=yes ;;

       -n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;

       *)  break ;;

       esac

done

 

#第一行的语法表示如果BOARD_NAME没有被设置过，则把它置为变量1的值。然后进行参数个

#数的判断，-lt表示less than则返回true，也就是如果参数少于4个或是参数大于6个，则退#出，不执行。如果没有退出执行的话，则输出Configuring for ${BOARD_NAME} board...这#句话，其中${BOARD_NAME}会被替换成用户输入的板子的名字。

[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"

 

[ $# -lt 4 ] && exit 1

[ $# -gt 6 ] && exit 1

 

echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..."

 

#

# Create link to architecture specific headers

#

#当用户指定的$OBJTREE与$SRCTREE不一致的时候会做如下一些事情：

#在$OBJTREE下建立include文件夹

#在$OBJTREE下建立include2文件夹

#进入到include2文件夹，其实就是$OBJTREE文件夹下的include2

#删除asm，其实往后看就知道了，这是一个文件夹，是以link的方式建立的

#然后建立一个asm的文件夹，这个文件夹是指向${SRCTREE}/include/asm-$2的，$2这个参数#多指CPU架构类型如：PPC,ARM。

#给变量LNPREFIX赋值。这个变量在以后的执行会用到，所以这里给的asm的位置，是相对于

#后来执行的时候，当前工作目录与asm之间的关系来定的。

#进入到$OBJTREE中的include文件夹（之前是在include2里）。

#删除掉asm-$2文件夹，其实就是asm-arm文件夹。

#删除掉asm文件夹

#建立一个新的asm-$2文件夹，其实就是asm-arm文件夹

#建立一个名为asm的link，这个link指向新建立的asm-arm文件夹。

#现在看一下整个目录大概的结构：

${OBJTREE}

Include

asm-arm

asm -> ./asm-arm

include2

asm -> ${SRCTREE}/include/asm-arm

#可以看到，目前在include下的asm-arm与asm其实是同一个文件夹，并且内容为空，include2

#文件夹下的asm是指向了源码树中的${SRCTREE}/include/asm-arm文件夹。

#如果"$SRCTREE"与"$OBJTREE"是同一个文件（大多数情况下，咱们都是这种方式来编译的），#那么就是仅仅在include文件夹下，建立一个名为asm的link，直接指向asm-$2，即asm-arm。

#最后删除asm-arm/arch文件夹。

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then

       mkdir -p ${OBJTREE}/include

       mkdir -p ${OBJTREE}/include2

       cd ${OBJTREE}/include2

       rm -f asm

       ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asm

       LNPREFIX="../../include2/asm/"

       cd ../include

       rm -rf asm-$2

       rm -f asm

       mkdir asm-$2

       ln -s asm-$2 asm

else

       cd ./include

       rm -f asm

       ln -s asm-$2 asm

fi

 

rm -f asm-$2/arch

 

#下面第一句中连接两个判断的-o，相当于or的意思，就是表示的“或”。意思就是如果第6

#个参数为空或是为NULL，则在include下建立一个asm-$2/arch的link，指向#${LNPREFIX}arch-$3，否则就在include下建立一个asm-$2/arch的link，指向#${LNPREFIX}arch-$6

if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then

       ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch

else

       ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch

fi

 

#如果第二个参数是arm的话，则删除include/asm-$2/proc文件，实际上就是#include/asm-arm/proc文件夹，建立一个新的link，在include/asm-$2/proc处，也即#include/asm-arm/proc，指向${LNPREFIX}proc-armv文件夹

if [ "$2" = "arm" ] ; then

       rm -f asm-$2/proc

       ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc

fi

 

#

# Create include file for Make

#

#第一行，输出ARCH = $2，即ARCH = arm到config.mk，也即include/config.mk，注意这里

#用了一个>，它表示重新生成一个config.mk文件，如果有旧的，则覆盖

#第二行，同理，输出CPU = arm920t到config.mk中

#第三行，同理，输出BOARD = smdk2410到config.mk

#第四行，判断，如果$5不为空，且$5的值不为NULL，

#则把VENDOR = $5的值输出到config.mk中

#第五行，同理，把SOC输出到config.mk中

echo "ARCH   = $2" >  config.mk

echo "CPU    = $3" >> config.mk

echo "BOARD  = $4" >> config.mk

 

[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk

 

[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk

 

#

# Create board specific header file

#

#如果APPEND的值为yes，则写入一空行到已经存在的config.h中，也即include/config.h中，#如果不是，则生成一个新的config.h，如果旧的文件存在，则覆盖。

if [ "$APPEND" = "yes" ]   # Append to existing config file

then

       echo >> config.h

else

       > config.h             # Create new config file

fi

echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h

echo "#include <configs/$1.h>" >>config.h

 

exit 0