u-boot的Makefile分析

来自：湛蓝思微 blog

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： h t t p ://sourceforge.net/projects/u-boot
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makeO=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 notedit */
#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 otherconfiguration
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 dependendrules
endif
ifdef CPU # 定义编译时对齐，浮点等选项
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include  CPU specificrules
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 specificrules
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.afs/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.obzlib_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。

剩下的工作就是分析U-Boot 源代码了。

限于个人水平，有谬误之处，欢迎指正交流。。