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u-boot(Makefile)

当我们编译U-BOOT的时候,大家键入make smdk2410_config,make 的时候都作了那些动作呢,这里我先大概介绍一下Makefile的内容,然后在大概理解一下命令执行的流程。如果有错的地方,希望大家指正,谢谢。

1.u-boot顶层目录的Makefile分析:

HOSTARCH := $(shell uname -m | \
        sed -e s/i.86/i386/ \
            -e s/sun4u/sparc64/ \
            -e s/arm.*/arm/ \
            -e s/sa110/arm/ \
            -e s/powerpc/ppc/ \
            -e s/macppc/ppc/)
首先执行uname -m得到I686,通过管道传送给sed命令,然后sed命令将执行sed -e s/i.86/i386/,将I686替换成i386,最后的结果是HOSTARCH=i386.

HOSTOS := $(shell uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]' | \
            sed -e 's/\(cygwin\).*/cygwin/')

首先执行uname -s 查看开发平台的系统,结果为Linux,然后通过管道传送给tr命令,tr命令利用字符类[:lower:]和[:upper:]将LInux字符串转化为linux,然后再利用sed命令.最后的结果是HOSTOS=linux

export HOSTARCH HOSTOS

export 是Makefile的语法关键词,将这些变量传递给下一层的Makefile.总控Makefile的变量可以传递到下级的Makefile中(如果你显示的声明),但是不会覆盖下层的Makefile中所定义的变量,除非指定了“-e”参数。 
如果你要传递变量到下级Makefile中,那么你可以使用这样的声明: 
     export
如果你不想让某些变量传递到下级Makefile中,那么你可以这样声明: 
     unexport ;

TOPDIR := $(shell if [ "$$PWD" != "" ]; then echo $$PWD; else pwd; fi)
export TOPDIR

得到U-BOOT的绝对路径为TOPDIR.

ifeq (,$(findstring s,$(MAKEFLAGS)))
XECHO = echo
   else
   XECHO = :
endif
通过findstring函数来找MAKEFLAGS是否有匹配s的关键词,如果没有则ifeq就为真。那么变量XECHO就等于echo 反之亦然。

ifdef O
ifeq ("$(origin O)", "command line")
   BUILD_DIR := $(O)
   endif
   endif
这里主要说明origin的语法:

origin函数不像其它的函数,他并不操作变量的值,他只是告诉你你的这个变量是哪里来的?其语法是:
     $(origin ;) 
注意,;是变量的名字,不应该是引用。所以你最好不要在;中使用“$”字符。Origin函数会以其返回值来告诉你这个变量的“出生情况”,下面,是origin函数的返回值:

“undefined” 
       如果;从来没有定义过,origin函数返回这个值“undefined”。
“default” 
       如果;是一个默认的定义
“environment” 
       如果;是一个环境变量,并且当Makefile被执行时,“-e”参数没有被打开。
“file” 
       如果;这个变量被定义在Makefile中。 
“command line” 
       如果;这个变量是被命令行定义的。
“override” 
       如果;是被override指示符重新定义的。
“automatic” 
       如果;是一个命令运行中的自动化变量。

$(shell [ -d ${BUILD_DIR} ] || mkdir -p ${BUILD_DIR}) //判断当前是否有个{BUILD_DIR}目录,如果没有执行mkdir -p ${BUILD_DIR},创建{BUILD_DIR}目录,这个变量为空。

# ifneq ($(BUILD_DIR),)
OBJTREE     := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
   SRCTREE     := $(CURDIR)
   TOPDIR      := $(SRCTREE)
LNDIR       := $(OBJTREE)
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE 
MKCONFIG    := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG
//最后 TOPDIR SRCTREE OBJTREE这三个变量一样,都是u-boot源码目录的根目录路径。然后设置MKCONFIG变量,代表一个脚本,这个脚本以后用。
ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE))
obj := $(OBJTREE)/
src := $(SRCTREE)/
else
obj :=
src :=
endif
export obj src
//由以上可知obj,src都为空

ifeq (include/config.mk,$(wildcard include/config.mk)) //通过wildcard文件名函数判断是否有include/config.mk文件,也就是执行make smdk2410_config以后产生的文件.

$(wildcard pattern)
参数pattern是一个文件名格式,包含有通配符。函数wildcard的结果是一列和格式匹配且真实存在的文件的名称,文件名之间用一个空格隔开。
比如当前目录下有文件1.c,2.c,1.h,2.h 则
c_src := $(wildcard *.c)
结果为:1.c 2.c

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
include $(obj)include/config.mk //包含这个文件.这里obj为空

export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC //将include/config.mk里的变量申明给其他的Makefile使用.

# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk //然后包含根目录的config.mk文件.

这些config.mk将在以后介绍

ifndef CROSS_COMPILE   //确实没有定义CROSS_COMPILE变量
ifeq ($(HOSTARCH),ppc) //HOSTARCH为i386,CROSS_COMPILE所以不为空
CROSS_COMPILE =
else
ifeq ($(ARCH),ppc)
CROSS_COMPILE = powerpc-linux-
endif
ifeq ($(ARCH),arm)
CROSS_COMPILE = arm-linux-
endif
......

首先没有定义CROSS_COMPILE,然后我们的HOSTARCH=i386,然后在判断ARCH,由于在前面已经指定ARCH=arm.所以CROSS_COMPILE=arm-linux-.通过这个可以选择不同平台下的交叉编译器.

include $(TOPDIR)/config.mk //包含根目录下的config.mk文件,这个文件以后会分析到。

OBJS = cpu/$(CPU)/start.o
ifeq ($(CPU),i386)
OBJS += cpu/$(CPU)/start16.o
OBJS += cpu/$(CPU)/reset.o
endif ........

OBJS := $(addprefix $(obj),$(OBJS)) //将OBJS赋值给OBJ
$(addprefix src/,foo bar)
结果:src/foo src/bar

由于start.S是我们启动代码,所以首先编译.OBJ=cpu/arm920t/start.o

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
........

.PHONY : $(LIBS)

添加相应的静态库.

__OBJS := $(subst $(obj),,$(OBJS)
__LIBS := $(subst $(obj),,$(LIBS)) $(subst $(obj),,$(LIBBOARD))

(1) $(subst from,to,text).
在文本“text”中使用to替换每一处的from。
比如:
$(subst ee,EE,feet on the street)
结果为:fEET on the strEET
ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND) //这个是最后要生成的文件。$(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND) 要添加相应的宏定义即可。
$(obj)u-boot.hex:   $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@ 将u-boot ELF格式文件生成16进制格式的文件
$(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@ 将u-bootELF格式文件生成另一种S-Record格式的文件
unconfig:
    @rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \
       $(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp \                  $(obj)include/autoconf.mk $(obj)include/autoconf.mk.dep
//删除以前的配置文件
以上是一些Makefile的大概信息,这里就说到这里。感兴趣的可以再深入了解。
//当我们执行make smdk2410_config的时候,要作的事情如下:
Makefile文件里面可以看出支持好多种体系结构,并有相应开发板的配置信息。这里主要研究的是ARM,开发板是smdk2410.
当我们执行:make smdk2410_config的时候,首先执行:
smdk2410_config :   unconfig
    @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0
可以看出。现执行unconfig这个标签,以上可以看出主要是删除以前的配置信息。
然后执行$(MKCONFIG),也就是mkconfig脚本,并传递6个参数。
$(@:_config=)他的作用就是将smdk2410_config中的_config设置为空,结果为smdk2410.
这个命令也就是:./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0.
接下来看看mkconfig的源代码:
1.确定开发板的名称
APPEND=no   # Default: Create new config file
BOARD_NAME=""   # Name to print in make output
while [ $# -gt 0 ] ; do
    case "$1" in
    --) shift ; break ;;
    -a) shift ; APPEND=yes ;;
    -n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;
    *) break ;;
    esac
done
由于参数里没有-- -a -n等参数,所以这个while没有执行。然后APPEND BOARD_NAME没有改变。
[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" //这个时候BOARD_NAME的值就等于"smdk2410".
[ $# -lt 4 ] && exit 1 //参数的个数小于4退出 
[ $# -gt 6 ] && exit 1//参数的个数大于6退出
2.创建开发板相关的头文件的连接
//判断源代码目录和目标文件目录是否一样,由于直接我们都是在源代码目录编译,所以将执行else分之的代码。
if [ "$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
//进入include目录,删除asm文件(这是上一次的配置时建立的连接文件),然后再次建立asm文件,并令它连接向asm-$2目录,也就是asm-arm目录。
rm -f asm-$2/arch //删除asm-$2即asm-arm目录
if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then //-z表示:[ -z STRING ] “STRING” 的长度为零则为真。
                                                       
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch
else
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch
fi
//对于$6就是s3c24x0,不为空,也不是NULL,所以将执行else分之。LNPREFIX为空,所以连接的命令就是ln -s arch-$6 asm-$2/arch,也就是ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch
if [ "$2" = "arm" ] ; then
    rm -f asm-$2/proc
    ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc
fi
重新建立asm-arm/proc文件,并让它连接向proc-armv目录。
3.创建顶层Makefile包含的文件include/config.mk
echo "ARCH   = $2" > config.mk //“>”,“>>”如果有config.mk文件,并将ARCH输入到config.mk文件里。如果没有首先创建然后将ARCH输入。
echo "CPU    = $3" >> config.mk
echo "BOARD = $4" >> config.mk
//将ARCH,CPU,BOARD变量重定向到include/config.mk文件里
[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk
[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk
//将VENDOR,SOC变量重定向到include/config.mk文件里
这样include/config.mk文件里的内容如下:
ARCH   = arm
CPU    = arm920t
BOARD = smdk2410
SOC    = s3c24x0
#
# Create board specific header file
#
if [ "$APPEND" = "yes" ]    # Append to existing config file
then
    echo >> config.h
else
    > config.h      # Create new config file //创建include/config.h文件
fi
echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h
echo "#include " >>config.h //将#include
3.u-boot的编译和连接过程
首先在Makefile里包含了include/config.mk和根目录的config.mk两个文件。第一个主要是那6个参数。第二个config.mk文件的内容如下:
BOARDDIR = $(BOARD)
endif
ifdef   BOARD
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules
endif //包含board/smdk2410/config.mk,里面主要定义了TEXT_BASE=0x33f80000
........
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds 
。。。。
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) $(PLATFORM_LDFLAGS)//加入连接文件为以后使用。LDFLAGS有“-T board/smdk2410/u-boot.lds -Ttext 0x33f80000”字样。首先我们的u-boot.lds告诉我们的代码的分布状况,而 -Ttext 0x33f80000 告诉我们text段放在0x33f80000.待会会讲到u-boot.lds的内容。对于OBJS,LIBS的每个成员,都将进入相应的子目录执行make命令。当所有的OBJS,LIBS所表示的.o,.a文件生成后,就剩下最后的连接了,这对应Makefile的如下几行:
$(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@
$(obj)u-boot.bin:   $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
$(obj)u-boot:       depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT)
        UNDEF_SYM=`$(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) \
            --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
            -Map u-boot.map -o u-boot
首先使用下面的语句连接得到ELF格式的u-boot.最后转化为二进制格式的u-boot.bin,S-Record格式的u-boot.srec。LDFLAGS确定了连接的方式,其中“-T board/smdk2410/u-boot.lds -Ttext 0x33f80000”字样指定了程序的布局和地址。u-boot.lds的文件如下:
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
/*指定输出可执行文件是elf格式,32位ARM指令,小端*/
OUTPUT_ARCH(arm)
/*指定输出可执行文件的平台为ARM*/
ENTRY(_start)
/*指定输出可执行文件的起始代码段为_start*/
(.globl _start _start: b       start_code//cpu/arm920t/start.S)
SECTIONS
{
/*指定可执行image文件的全局入口点,通常这个地址都放在ROM(flash)0x0位置。必须使编译器知道这个地址,通常都是修改此处来完成*/
    . = 0x00000000; /*;从0x0位置开始*/
    . = ALIGN(4);/*代码以4字节对齐*/
    .text      :
    {
      cpu/arm920t/start.o   (.text) /*代码的第一个代码部分*/
      *(.text) /*其它代码部分*/
    }
    . = ALIGN(4);
    .rodata : { *(.rodata) } /*指定只读数据段*/
    . = ALIGN(4);
    .data : { *(.data) }/*指定读/写数据段*/
    . = ALIGN(4);
    .got : { *(.got) } /*指定got段, got段是uboot自定义的一个段, 非标准段*/
    . = .;
                                /*把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置*/
    __u_boot_cmd_start = .;
                                /*指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在该段.*/
    .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
                                /*把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置*/
    __u_boot_cmd_end = .;
    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;    /*把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置*/
    .bss (NOLOAD) : { *(.bss) } /*指定bss段,告诉加载器不要加载这个段*/
    _end = .;                   /*把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置*/

这样代码的都是以0x33f80000+0x0为基准开始,如果你从nandflash启动,测试前4K的代码的地址都是在0x0,那么4K的代码的实现可以通过位置无关指令b来实现。b指令的程序不依赖代码存储的位置-即不管这条代码放在什么位置,B指令都可以跳转到正确的位置。
bootloader,内核等程序刚开始运行时。他们所处的地址通常不等于运行地址,在程序的开头,先使用b,bl.mov等位置无关的指令将代码从flash等设备中复制到内存的运行地址处,然后跳转到运行地址去执行。

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shougangshi@126.com
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