U-Boot编译过程完全分析2-include/autoconf.mk和make all

来源：互联网发布：windows 磁盘清理工具编辑：程序博客网时间：2024/06/06 01:20

make all执行过程

ifeq ($(obj)include/config.mk,$(wildcard $(obj)include/config.mk)) # config.mk存在#判断在make执行前,有没有执行过了make ***_config配置,

all:

sinclude $(obj)include/autoconf.mk.dep

sinclude $(obj)include/autoconf.mk

… …

else # config.mk不存在,也就是没有执行过make ***_config配置,

… …

@echo "System not configured - see README" >&2

@ exit 1

… …

endif # config.mk

(1)include/autoconf.mk生成的过程

all:

sinclude $(obj)include/autoconf.mk.dep

sinclude $(obj)include/autoconf.mk

#nclude/autoconf.mk文件中是与开发板相关的一些宏定义，在Makefile执行过程中需要根据某些宏来确定执行哪些操作。下面简要分析include/autoconf.mk生成的过程，include/autoconf.mk生成的规则如下：

$(obj)include/autoconf.mk: $(obj)include/config.h

@$(XECHO) Generating $@ ; \

set -e ; \

: Extract the config macros ; \

$(CPP) $(CFLAGS) -DDO_DEPS_ONLY -dM include/common.h | \

sed -n -f tools/scripts/define2mk.sed > $@.tmp && \

mv $@.tmp $@

一下分析一下上面的程序:

include/autoconf.mk依赖于make <board_name>_config 命令生成的include/config.h。因此执行make <board_name>_config命令后再执行make all将更新include/autoconf.mk。

编译选项“-dM”的作用是输出include/common.h中定义的所有宏。根据上面的规则，编译器提取include/common.h中定义的宏，然后输出给tools/scripts/define2mk.sed脚本处理，处理的结果就是include/autoconf.mk文件。其中tools/scripts/define2mk.sed脚本的主要完成了在include/common.h中查找和处理以“CONFIG_”开头的宏定义的功能。

include/common.h文件包含了include/config.h文件，而include/config.h文件又包含了config_defaults.h，configs/mini2440.h，asm/config.h文件。因此include/autoconf.mk实质上就是config_defaults.h，configs/mini2440.h，asm/config.h三个文件中“CONFIG_”开头的有效的宏定义的集合。

下面接着分析Makefile的执行。

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration

include $(obj)include/config.mk

export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC

将make mini2440_config命令生成的include/config.mk包含进来。

# 若主机架构与开发板结构相同，就使用主机的编译器，而不是交叉编译器

ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))

CROSS_COMPILE ?=

endif

若主机与目标机器体系架构不相同，则使用gcc编译器而不是交叉编译器。

# load other configuration

include $(TOPDIR)/config.mk

最后将U-Boot顶层目录下的config.mk文件包含进来，该文件包含了对编译的一些设置。下面对U-Boot顶层目录下的config.mk文件进行分析：

（2）config.mk文件执行过程

1设置obj与src

在U-Boot顶层目录下的config.mk文件中有如下代码：

ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE))

ifeq ($(CURDIR),$(SRCTREE))

dir :=

else

dir := $(subst $(SRCTREE)/,,$(CURDIR))

endif

obj := $(if $(dir),$(OBJTREE)/$(dir)/,$(OBJTREE)/)

src := $(if $(dir),$(SRCTREE)/$(dir)/,$(SRCTREE)/)

$(shell mkdir -p $(obj))

else

obj :=

src :=

endif

由于目标输出到源代码目录下，因此执行完上面的代码后，src和obj都是空。

2设置编译选项

PLATFORM_RELFLAGS =

PLATFORM_CPPFLAGS = #编译选项

PLATFORM_LDFLAGS = #连接选项

用这3个变量表示交叉编译器的编译选项，在后面Make会检查交叉编译器支持的编译选项，然后将适当的选项添加到这3个变量中。

# Option checker (courtesy linux kernel) to ensure

# only supported compiler options are used

cc-option = $(shell if $(CC) $(CFLAGS) $(1) -S -o /dev/null -xc /dev/null \

> /dev/null 2>&1; then echo "$(1)"; else echo "$(2)"; fi ;)

变量CC和CFLAGS在后面的代码定义为延时变量，其中的CC即arm-linux-gcc。函数cc-option用于检查编译器CC是否支持某选项。将2个选项作为参数传递给cc-option函数，该函数调用CC编译器检查参数1是否支持，若支持则函数返回参数1，否则返回参数2 （因此CC编译器必须支持参数1或参数2，若两个都不支持则会编译出错）。可以像下面这样调用cc-option函数，并将支持的选项添加到FLAGS中：

FLAGS +=$(call cc-option,option1,option2)

3指定交叉编译工具

# 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

LDR = $(CROSS_COMPILE)ldr

STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip

OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy

OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump

RANLIB = $(CROSS_COMPILE)RANLIB

对于arm开发板，其中的CROSS_COMPILE在lib_arm/config.mk文件中定义(应该是arch/arm/config.mk里配置的)：

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

因此以上代码指定了使用前缀为“arm-linux-”的编译工具，即arm-linux-gcc，arm-linux-ld等等。

4包含与开发板相关的配置文件

# Load generated board configuration

sinclude $(OBJTREE)/include/autoconf.mk

ifdef ARCH

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

endif

$(ARCH)的值是“arm”，因此将“lib_arm/config.mk”包含进来。lib_arm/config.mk脚本指定了交叉编译器，添加了一些跟CPU架构相关的编译选项，最后还指定了cpu/arm920t/u-boot.lds为U-Boot的连接脚本。

ifdef CPU

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

endif

$(CPU)的值是“arm920t”，因此将“cpu/arm920t/config.mk”包含进来。这个脚本主要设定了跟arm920t处理器相关的编译选项。

ifdef SOC

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

endif

$(SOC)的值是s3c24x0，因此Make程序尝试将cpu/arm920t/s3c24x0/config.mk包含进来，而这个文件并不存在，但是由于用的是“sinclude”命令，所以并不会报错。

ifdef VENDOR

BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)

else

BOARDDIR = $(BOARD)

endif

$(BOARD)的值是mini2440，VENDOR的值是samsung，因此BOARDDIR的值是samsung/mini2440。BOARDDIR变量表示开发板特有的代码所在的目录。

ifdef BOARD

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

endif

Make将“board/samsung/mini2440/config.mk”包含进来。该脚本只有如下的一行代码：

TEXT_BASE = 0x33F80000

U-Boot编译时将使用TEXT_BASE作为代码段连接的起始地址。

LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS)

ifneq ($(TEXT_BASE),)

LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE)

endif

执行完以上代码后，LDFLAGS中包含了“-Bstatic -T u-boot.lds ”和“-Ttext 0x33F80000”的字样。

5指定隐含的编译规则

# Allow boards to use custom optimize flags on a per dir/file basis

BCURDIR := $(notdir $(CURDIR))

$(obj)%.s: %.S

$(CPP) $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $<

$(obj)%.o: %.S

$(CC) $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.o: %.c

$(CC) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.i: %.c

$(CPP) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.s: %.c

$(CC) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c -S

例如：根据以上的定义，以“.s”结尾的目标文件将根据第一条规则由同名但后缀为“.S”的源文件来生成，若不存在“.S”结尾的同名文件则根据最后一条规则由同名的“.c”文件生成。

下面回来接着分析Makefile的内容：

# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)

OBJS = cpu/$(CPU)/start.o #OBJS 第一次在这里定义

LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a#LIBS第一次在这里定义

ifdef SOC

LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a

endif

ifeq ($(CPU),ixp)

LIBS += cpu/ixp/npe/libnpe.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 fs/yaffs2/libyaffs2.a \

fs/ubifs/libubifs.a

… …

LIBS += common/libcommon.a

LIBS += libfdt/libfdt.a

LIBS += api/libapi.a

LIBS += post/libpost.a

LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))

LIBS变量指明了U-Boot需要的库文件，包括平台/开发板相关的目录、通用目录下相应的库，都通过相应的子目录编译得到的。

对于mini2440开发板，以上跟平台相关的有以下几个：

cpu/$(CPU)/start.o

board/$(VENDOR)/common/lib$(VENDOR).a

cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a

cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a

lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a

其余都是与平台无关的。

ifeq ($(CONFIG_NAND_U_BOOT),y)

NAND_SPL = nand_spl

U_BOOT_NAND = $(obj)u-boot-nand.bin

endif

ifeq ($(CONFIG_ONENAND_U_BOOT),y)

ONENAND_IPL = onenand_ipl

U_BOOT_ONENAND = $(obj)u-boot-onenand.bin

ONENAND_BIN ?= $(obj)onenand_ipl/onenand-ipl-2k.bin

endif

对于有的开发板，U-Boot支持在NAND Flash启动，这些开发板的配置文件定义了CONFIG_NAND_U_BOOT，CONFIG_ONENAND_U_BOOT。对于s3c2440，U-Boot原始代码并不支持NAND Flash启动，因此也没有定义这两个宏。

ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND)

all: $(ALL)

其中U_BOOT_NAND与U_BOOT_ONENAND 为空，而u-boot.srec，u-boot.bin，System.map都依赖与u-boot。因此执行“make all”命令将生成u-boot，u-boot.srec，u-boot.bin，System.map 。其中u-boot是ELF文件，u-boot.srec是Motorola S-Record format文件，System.map 是U-Boot的符号表，u-boot.bin是最终烧写到开发板的二进制可执行的文件。

下面再来分析u-boot.bin文件生成的过程。ELF格式“u-boot”文件生成规则如下：

$(obj)u-boot: depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds

$(GEN_UBOOT)

ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)

smap=`$(call SYSTEM_MAP,u-boot) | \

awk '$$2 ~ /[tTwW]/ {printf $$1 $$3 "\\\\000"}'` ; \

$(CC) $(CFLAGS) -DSYSTEM_MAP="\"$${smap}\"" \

-c common/system_map.c -o $(obj)common/system_map.o

$(GEN_UBOOT) $(obj)common/system_map.o

endif

这里生成的$(obj)u-boot目标就是ELF格式的U-Boot文件了。由于CONFIG_KALLSYMS未定义，因此ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)与endif间的代码不起作用。

其中depend，$(SUBDIRS)，$(OBJS)，$(LIBBOARD)，$(LIBS)，$(LDSCRIPT)， $(obj)u-boot.lds是$(obj)u-boot的依赖，而$(GEN_UBOOT)编译命令。

下面分析$(obj)u-boot的各个依赖：

1依赖目标depend

# Explicitly make _depend in subdirs containing multiple targets to prevent

# parallel sub-makes creating .depend files simultaneously.

depend dep: $(TIMESTAMP_FILE) $(VERSION_FILE) $(obj)include/autoconf.mk

for dir in $(SUBDIRS) cpu/$(CPU) $(dir $(LDSCRIPT)) ; do \

$(MAKE) -C $$dir _depend ; done

对于$(SUBDIRS)，cpu/$(CPU)，$(dir $(LDSCRIPT))中的每个元素都进入该目录执行“make _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.depend文件格式如下：start.o: start.S \
/home/wuchl/work/devkit8600/u-boot-2011.09-psp04.06.00.03/include/asm-offsets.h \

.....
（仅仅有目标和依赖，没有命令的，所以调用该目标时是通过隐含规则执行隐含命令的））

（注意depend目标仅仅是生成了文件.depend，但是并没有执行生成任何的目标文件（比如start.o）二进制文本的任何命令，也就是说在顶层目录make depend后，在cpu/$(CPU)目录下并没有start.o文件）

2依赖SUBDIRS

SUBDIRS = tools \

examples/standalone \

examples/api

$(SUBDIRS): depend

$(MAKE) -C $@ all

执行tools ，examples/standalone ，examples/api目录下的Makefile。

（注意在tools目录的makefile里

#"ONFIG_LCD_LOGO = y" means macro switch! when is "y" ,it means the target bmp_logo$(SFX) will be executed! (BIN_FILES-$(CONFIG_LCD_LOGO) += #bmp_logo$(SFX)，其中$(SFX)就是exe)

3OBJS

OBJS的值是“cpu/arm920t/start.o”。它使用如下代码编译得到：

$(OBJS): depend

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

以上规则表明，对于OBJS包含的每个成员，都进入cpu/$(CPU)目录（即cpu/arm920t）编译它们。

4LIBBOARD

LIBBOARD = board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a

LIBBOARD := $(addprefix $(obj),$(LIBBOARD))

… …

$(LIBBOARD): depend $(LIBS)

$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

这里LIBBOARD的值是 $(obj)board/samsung/mini2440/libmini2440.a。make执行board/samsung/mini2440/目录下的Makefile，生成libmini2440.a 。

5LIBS

LIBS变量中的每个元素使用如下的规则编译得到：

$(LIBS): depend $(SUBDIRS)

$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

上面的规则表明，对于LIBS中的每个成员，都进入相应的子目录执行“make”命令编译它们。例如对于LIBS中的“common/libcommon.a”成员，程序将进入common目录执行Makefile，生成libcommon.a 。

6LDSCRIPT

LDSCRIPT := $(SRCTREE)/cpu/$(CPU)/u-boot.lds

… …

$(LDSCRIPT): depend

$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)

“$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)”命令经过变量替换后就是“make -C cpu/arm920t/ u-boot.lds”。也就是转到cpu/arm920t/目录下，执行“make u-boot.lds”命令。

（实际没有目标u-boot.lds，而且该路径也存在文件u-boot.lds）

7$(obj)u-boot.lds

$(obj)u-boot.lds: $(LDSCRIPT)

$(CPP) $(CPPFLAGS) $(LDPPFLAGS) -ansi -D__ASSEMBLY__ -P - <$^ >$@

以上执行结果实质上是将cpu/arm920t/u-boot.lds经编译器简单预处理后输出到U-Boot顶层目录下的u-boot.lds文件。其中的cpu/arm920t/u-boot.lds文件内容如下：

/* 输出为ELF文件，小端方式， */

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

. = 0x00000000;

. = ALIGN(4);

.text :

{

/* cpu/arm920t/start.o放在最前面，保证最先执行的是start.o */

cpu/arm920t/start.o (.text)

/*以下2个文件必须放在前4K，因此也放在前面，其中board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o 包含内存初始化所需代码，而 board/samsung/mini2440/nand_read.o 包含U-Boot从NAND Flash搬运自身的代码 */

board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text)

board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text)

/* 其他文件的代码段 */

*(.text)

}

/* 只读数据段 */

. = ALIGN(4);

.rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) }

/* 代码段 */

. = ALIGN(4);

.data : { *(.data) }

/* u-boot自定义的got段 */

. = ALIGN(4);

.got : { *(.got) }

. = .;

__u_boot_cmd_start = .; /*将 __u_boot_cmd_start指定为当前地址 */

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } /* 存放所有U-Boot命令对应的cmd_tbl_t结构体 */

__u_boot_cmd_end = .; /* 将__u_boot_cmd_end指定为当前地址 */

/* bss段 */

. = ALIGN(4);

__bss_start = .;

.bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }

_end = .; /* 将_end指定为当前地址 */

}

u-boot.lds实质上是U-Boot连接脚本。对于生成的U-Boot编译生成的“u-boot”文件，可以使用objdump命令可以查看它的分段信息：

$ objdump -x u-boot | more

部分输出信息如下：

u-boot: file format elf32-little

u-boot

architecture: UNKNOWN!, flags 0x00000112:

EXEC_P, HAS_SYMS, D_PAGED

start address 0x33f80000

Program Header:

LOAD off 0x00008000 vaddr 0x33f80000 paddr 0x33f80000 align 2**15

filesz 0x0002f99c memsz 0x00072c94 flags rwx

STACK off 0x00000000 vaddr 0x00000000 paddr 0x00000000 align 2**2

filesz 0x00000000 memsz 0x00000000 flags rwx

Sections:

Idx Name Size VMA LMA File off Algn

0 .text 00024f50 33f80000 33f80000 00008000 2**5

CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE

1 .rodata 00008b78 33fa4f50 33fa4f50 0002cf50 2**3

CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA

2 .data 00001964 33fadac8 33fadac8 00035ac8 2**2

CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA

3 .u_boot_cmd 00000570 33faf42c 33faf42c 0003742c 2**2

CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA

4 .bss 00043294 33fafa00 33fafa00 0003799c 2**8

ALLOC

… …

u-boot.lds还跟U-Boot启动阶段复制代码到RAM空间的过程以及U-Boot命令执行过程密切相关，具体请结合U-Boot源代码理解。

编译命令GEN_UBOOT

GEN_UBOOT = \

UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \

sed -n -e 's/.*$$(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*$/-u\1/p'|sort|uniq`;\

cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \ #$$表示把第二个$当做普通字符,$$UNDEF_SYM就表示字符$UNDEF_SYM(不用展开的)

--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \

-Map u-boot.map -o u-boot

以上命令使用$(LDFLAGS)作为连接脚本，最终生成“u-boot”文件。

u-boot.bin文件生成过程

生成u-boot.bin文件的规则如下：

$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot

$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

从U-Boot编译输出信息中可以知道上面的命令实质上展开为：

arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O binary u-boot u-boot.bin

编译命令中的“-O binary”选项指定了输出的文件为二进制文件。而“--gap-fill=0xff”选项指定使用“0xff”填充段与段间的空闲区域。这条编译命令实现了ELF格式的U-Boot文件到BIN格式的转换。

System.map文件的生成

System.map是U-Boot的符号表，它包含了U-Boot的全局变量和函数的地址信息。将System.map生成的规则如下：

SYSTEM_MAP = \

$(NM) $1 | \

grep -v '$compiled$\|$\.o$$$\|$ [aUw] $\|$\.\.ng$$$\|$LASH[RL]DI$' | \

LC_ALL=C sort

$(obj)System.map: $(obj)u-boot

@$(call SYSTEM_MAP,$<) > $(obj)System.map

arm-linux-nm u-boot | grep -v '$compiled$\|$\.o$$$\|$ [aUw] $\|$\.\.ng$$$\|$LASH[RL]DI$' | LC_ALL=C sort > System.map （其中的LC_ALL=c，仅仅是变量赋值而已，先执行完变量赋值再执行sort命令，两个命令没有关系）

也就是将arm-linux-nm命令查看u-boot的输出信息经过过滤和排序后输出到System.map。为了了解System.map文件的作用，打开System.map：

33f80000 T _start

33f80020 t _undefined_instruction

33f80024 t _software_interrupt

33f80028 t _prefetch_abort

33f8002c t _data_abort

33f80030 t _not_used

33f80034 t _irq

33f80038 t _fiq

33f80040 t _TEXT_BASE

33f80044 T _armboot_start

33f80048 T _bss_start