解析u-boot的Makefile

 

　　U-Boot,全称UniversalBootLoader,是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似，事实上，不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化，尤其是一些设备的驱动程序，这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导，当前，它还支持NetBSD,VxWorks,QNX,RTEMS,ARTOS,LynxOS嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是OpenBSD,NetBSD,FreeBSD,4.4BSD,Linux,SVR4,Esix,Solaris,Irix,SCO,Dell,NCR,VxWorks,LynxOS,pSOS,QNX,RTEMS,ARTOS.

　　我的是1.1.6版本，一开始在FTP上了一个次新版，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除了支持PowerPC系列的处理器外，还能支持MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。这两个特点正是U-Boot项目的开发目标，即支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。就目前来看，U-Boot对PowerPC系列处理器支持为丰富，对Linux的支持完善。其它系列的处理器和操作系统基本是在2002年11月PPCBOOT改名为U-Boot后逐步扩充的。从PPCBOOT向U-Boot的顺利过渡，很大程度上归功于U-Boot的维护人德国DENX软件工程中心WolfgangDenk[以下简称W.D]本人精湛水平和持着不懈的努力。当前，U-Boot项目正在他的领军之下，众多有志于开放源码BOOTLOADER移植工作的嵌入式开发人员正如火如荼地将各个不同系列嵌入式处理器的移植工作不断展开和深入，以支持更多的嵌入式操作系统的装载与引导。

　　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

　　Makefile文件Makefile一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作，因为makefile就像一个Shell脚本一样，其中也可以执行操作系统的命令。makefile带来的好处就是--"自动化编译",一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具，一般来说，大多数的IDE都有这个命令。

　　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。

　　Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统的内核的名字也是"Linux".Linux操作系统也是自由软件和开放源代码发展中着名的例子。严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但在实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU工程各种工具和数据库的操作系统。Linux得名于计算机业余爱好者LinusTorvalds.

　　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make O=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 not edit */

　　#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 other configuration

　　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 dependend rules

　　endif

　　ifdef CPU #定义编译时对齐，浮点等选项

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

　　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 specific rules

　　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）%. %.S

　　$（CC） $（AFLAGS） -c -o $@ $<

　　$（obj）%. %.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.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）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_.*）/-u1/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,postcpu 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.o bzlib_decompress.o

　　bzlib_randtable.o bzlib_huffman.o

　　crc32.o ctype.o display_options.o lp.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.  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。