u-boot的Makefile分析435557749

U－BOOT是一個LINUX下的工程，在編譯之前必須已經安裝對應體系結構的交叉編譯環境，這裏只針對ARM，編譯器系列軟件爲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，一開始在FTP上下載了一個次新版，結果編譯失敗。1.1.6是沒問題的。

u-boot源碼結構

    解壓就可以得到全部u-boot源程序。在頂層目錄下有18個子目錄，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則，可以分爲3類。
    第1類目錄與處理器體系結構或者開發板硬件直接相關；
    第2類目錄是一些通用的函數或者驅動程序；
    第3類目錄是u-boot的應用程序、工具或者文檔。

u-boot的源碼頂層目錄說明

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

cpu                    平臺依賴          存放CPU相關的目錄文件
                                        例如：mpc8xx、ppc4xx、
                                        arm720t、arm920t、 xscale、i386等目錄

lib_ppc                平臺依賴          存放對PowerPC體系結構通用的文件，
                                        主要用於實現PowerPC平臺通用的函數

lib_arm                平臺依賴           存放對ARM體系結構通用的文件，
                                         主要用於實現ARM平臺通用的函數

lib_i386               平臺依賴           存放對X86體系結構通用的文件，
                                         主要用於實現X86平臺通用的函數

include                通用                頭文件和開發板配置文件，
                                          所有開發板的配置文件都在configs目錄下

common               通用                通用的多功能函數實現
lib_generic            通用                通用庫函數的實現
net                    　通用                存放網絡的程序
fs                     　通用                存放文件系統的程序
post                   　通用                存放上電自檢程序
drivers               　 通用                通用的設備驅動程序，主要有以太網接口的驅動
disk                  　 通用                硬盤接口程序
rtc                   　 通用                RTC的驅動程序
dtt                   　 通用                數字溫度測量器或者傳感器的驅動
examples               應用例程             一些獨立運行的應用程序的例子，例如helloworld
tools                 　 工具                存放製作S-Record或者u-boot格式的映像等工具，
                                          例如mkp_w_picpath

doc                   　 文檔                開發使用文檔

    u-boot的源代碼包含對幾十種處理器、數百種開發板的支持。可是對於特定的開發板，配置編譯過程只需要其中部分程序。這裏具體以S3C2410 & arm920t處理器爲例，具體分析S3C2410處理器和開發板所依賴的程序，以及u-boot的通用函數和工具。

編譯

以smdk_2410板爲例，編譯的過程分兩部：

# make smdk2410_config
# make

頂層Makefile分析

要了解一個LINUX工程的結構必須看懂Makefile，尤其是頂層的，沒辦法，UNIX世界就是這麼無奈，什麼東西都用文檔去管理、配置。首先在這方面我是個新手，時間所限只粗淺地看了一些Makefile規則。

以smdk_2410爲例，順序分析Makefile大致的流程及結構如下：

1) Makefile中定義了源碼及生成的目標文件存放的目錄,目標文件存放目錄BUILD＿DIR可以通過make O=dir 指定。如果沒有指定，則設定爲源碼頂層目錄。一般編譯的時候不指定輸出目錄，則BUILD＿DIR爲空。其它目錄變量定義如下：

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

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

MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG

在編譯U－BOOT之前，先要執行

# make smdk2410_config

smdk2410_config是Makefile的一個目標，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，執行# make smdk2410_config時，先執行unconfig目標，注意不指定輸出目標時，obj，src變量均爲空，unconfig下面的命令清理上一次執行make *_config時生成的頭文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。

然後才執行命令

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

對於smdk2410_config而言，mkconfig主要做三件事：

在include文件夾下建立相應的文件（夾）軟連接，

#如果是ARM體系將執行以下操作：
#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，內容很簡單，定義了四個變量：

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腳本文件的執行至此結束，繼續分析Makefile剩下部分。

3）包含include/config.mk，其實也就相當於在Makefile裏定義了上面四個變量而已。

4) 指定交叉編譯器前綴：

ifeq ($(ARCH),arm)#這裏根據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，這個文件裏面主要定義了交叉編譯器及選項和編譯規則
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk

下面分析config.mk的內容：

　　　＠包含體系，開發板，CPU特定的規則文件：

ifdef ARCH　#指定預編譯體系結構選項
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules
endif
ifdef CPU #定義編譯時對齊，浮點等選項
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include  CPU specific rules
endif
ifdef SOC #沒有這個文件
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的內存基地址，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ARFLAGS，調試選項DBGFLAGS，優化選項OPTFLAGS

　預處理選項CPPFLAGS，C編譯器選項CFLAGS，連接選項LDFLAGS

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

＠指定編譯規則：

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

回到頂層makefile文件：

6）U-boot需要的目標文件。

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)

根據上面的include/config.mk文件定義的ARCH、CPU、BOARD、SOC這些變量。硬件平臺依賴的目錄文件可以根據這些定義來確定。SMDK2410平臺相關目錄及對應生成的庫文件如下。
    board/smdk2410/        ：庫文件board/smdk2410/libsmdk2410.a
    cpu/arm920t/              ：庫文件cpu/arm920t/libarm920t.a
    cpu/arm920t/s3c24x0/ :  庫文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a
    lib_arm/                     : 庫文件lib_arm/libarm.a
    include/asm-arm/       :下面兩個是頭文件。
    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 $< $@
#這裏生成的是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

分析一下最關鍵的u-boot ELF文件鏡像的生成：

           @依賴目標depend :生成各個子目錄的.depend文件，.depend列出每個目標文件的依賴文件。生成方法，調用每個子目錄的make _depend。

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

@依賴目標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)

@僞目標SUBDIRS: 執行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

@依賴目標$(OBJS)，即cpu/start.o

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

@依賴目標$(LIBS)，這個目標太多，都是每個子目錄的庫文件*.a ，通過執行相應子目錄下的make來完成：

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

@依賴目標$(LDSCRIPT)：

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

對於smdk2410,LDSCRIPT即連接腳本文件是board/smdk2410/u-boot.lds，定義了連接時各個目標文件是如何組織的。內容如下：

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指定的基地址爲0x33f80000*/
   cpu/arm920t/start.o (.text)         /*start.o爲首*/
   *(.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

其實就是把start.o和各個子目錄makefile生成的庫文件按照LDFLAGS連接在一起，生成ELF文件u-boot 和連接時內存分配圖文件u-boot.map。

9)對於各子目錄的makefile文件，主要是生成*.o文件然後執行AR生成對應的庫文件。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) #項層Makefile執行make libgeneric.a
 $(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)

整個makefile剩下的內容全部是各種不同的開發板的*_config:目標的定義了。

概括起來，工程的編譯流程也就是通過執行執行一個make *_config傳入ARCH，CPU，BOARD，SOC參數，mkconfig根據參數將include頭文件夾相應的頭文件夾連接好，生成config.h。然後執行make分別調用各子目錄的makefile 生成所有的obj文件和obj庫文件*.a.  最後連接所有目標文件，生成鏡像。不同格式的鏡像都是調用相應工具由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。