UBoot配置编译及Makefile分析

一、 UBoot配置编译初步分析

1. UBoot源码结构

（1）UBoot工程项目中的文件可以分为3类

① 第1类目录：与处理器体系结构或开发板硬件直接相关

② 第2类目录：一些通用的函数或驱动程序

③ 第3类目录：UBoot的应用程序、工具或文档

2. UBoot的配置编译

make <board_name>_config
make

3. UBoot的配置编译初步分析

（1）顶层目下的Makefile：每一种开发板在顶层Makefile中都有自己的配置规则

mini2440_config    :    unconfig
    @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0    

（2）执行make mini2440_config命令，将通过UBoot顶层目录下的mkconfig脚本生成配置文件include/config.mk

ARCH   = arm
CPU    = arm920t
BOARD  = mini2440
VENDOR = samsung
SOC    = s3c24x0

（3）而顶层目录的Makefile则包含了include/config.mk文件

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
include $(obj)include/config.mk
export    ARCH CPU BOARD VENDOR SOC

（4）Makefile的编译选项和规则

① 各种体系结构通用的规则直接在顶层目录的config.mk文件中，通过ARCH、CPU、BOARD、SOC等变量为不同平台定义不同选项。

② 不同体系结构的规则分别包含在各自的lib_xxx目录下的config.mk文件中

（5）开发板配置头文件：移植时为开发板定义配置选项及参数，文件名为include/configs/<board_name>.h

#define CONFIG_ARM920T            /* This is an ARM920T Core    */
#define CONFIG_S3C24X0            /* in a SAMSUNG S3C24X0 SoC */

（6）编译结果

① 根据对Makefile的分析，编译分为两步：第1步配置，如make mini2440_config；第2步编译，执行make命令

② 编译完成后可得到UBoot的各种格式的映像文件和符号表

System.map：

u-boot：

u-boot.bin：

u-boot.srec：

（7）UBoot常用工具：编译完成后在tools目录下会生成一些常用工具

① bmp_logo

② img2srec

③ envcrc

④ mkimage

⑤ gen_eth_addr

⑥ updater

二、UBoot配置编译详细分析

1. 主机构建环境配置过程：顶层Makefile

（1）定义主机系统架构：HOSTARCH:=i386

HOSTARCH := $(shell uname -m | \
    sed -e s/i./i386/ \
        -e s/sun4u/sparc64/ \
        -e s/arm.*/arm/ \
        -e s/sa110/arm/ \
        -e s/powerpc/ppc/ \
        -e s/ppc64/ppc/ \
        -e s/macppc/ppc/)

① “sed -e s/abc/def/”：表示从标准输入中查找内容为“abc”的字符串，然后替换为def。其中“abc”中可以用“.”作为通配符

② uname -m：输出主机CPU架构类型

（2）定义主机操作系统类型：HOSTOS:=linux

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

（3）定义脚本解释器：SHELL:=/bin/bash

SHELL := $(shell if [ -x "$$BASH" ]; then echo $$BASH; \
    else if [ -x /bin/bash ]; then echo /bin/bash; \
    else echo sh; fi; fi)

（4）设定编译输出目录：BUILD_DIR:=./

① 执行“make O=/tmp/build”命令可以将输出目录设置为特定目录

ifdef O
ifeq ("$(origin O)", "command line")
BUILD_DIR := $(O)
endif
endif

② 与UBoot源码目录和输出目录相关的变量

OBJTREE        := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE        := $(CURDIR)
TOPDIR        := $(SRCTREE)
LNDIR        := $(OBJTREE)

 

2. 目标机相关配置过程

（1）顶层Makefie中与具体开发板相关的配置规则

mini2440_config    :    unconfig
    @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0    

其中依赖“unconfig”的定义如下

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

unconfig的作用是清除上次执行make *_config命令产生的配置文件

（2）将具体开发板相关的配置规则替换变量后

./mkconfig mini2440 arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0

也就是以“mini2440 arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0”为参数执行mkconfig脚本

（3）mkconfig的用法

# Parameters:  Target  Architecture  CPU  Board [VENDOR] [SOC]

① 确定开发板名称：BOARD_NAME:=mini2440

while [ $# -gt  ] ; do
    case "$1" in
    --) shift ; break ;;
    -a) shift ; APPEND=yes ;;
    -n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;
    -t) shift ; TARGETS="`echo $1 | sed 's:_: :g'` ${TARGETS}" ; shift ;;
    *)  break ;;
    esac
done
 
[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"

② 检查参数合法性

[ $# -lt  ] && exit
[ $# -gt  ] && exit 
 
if [ "${ARCH}" -a "${ARCH}" != "$2" ]; then
    echo "Failed: \$ARCH=${ARCH}, should be '$2' for ${BOARD_NAME}" >&
    exit
fi

③ 创建到目标板相关目录的链接

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then
    mkdir -p ${OBJTREE}/include
    mkdir -p ${OBJTREE}/include2
    cd ${OBJTREE}/include2
    rm -f asm
    ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$ asm
    LNPREFIX="../../include2/asm/"
    cd ../include
    rm -rf asm-$
    rm -f asm
    mkdir asm-$
    ln -s asm-$ asm
else
    cd ./include
    rm -f asm
    ln -s asm-$ asm
fi
 
rm -f asm-$2/arch
 
if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch
else
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch
fi
 
if [ "$2" = "arm" ] ; then
    rm -f asm-$2/proc
    ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc
fi

④ 构建include/config.mk文件

echo "ARCH   = $2" >  config.mk
echo "CPU    = $3" >> config.mk
echo "BOARD  = $4" >> config.mk
 
[ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk
 
[ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC    = $6" >> config.mk

⑤ 构建include/config.h文件

if [ "$APPEND" = "yes" ]    # Append to existing config file
then
    echo >> config.h
else
    > config.h        # Create new config file
fi
echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h
 
for i in ${TARGETS} ; do
    echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h ;
done
 
cat << EOF >> config.h
#define CONFIG_BOARDDIR board/$BOARDDIR
#include <config_defaults.h>
#include <configs/$.h>
#include <asm/config.h>
EOF
 
exit 

（4）总结"make mini2440_config"的执行结果

① 创建到目标板相关文件的链接

ln -s asm-arm asm
ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch
ln -s proc-armv asm-arm/proc

② 创建include/config.mk文件

ARCH   = arm
CPU    = arm920t
BOARD  = mini2440
VENDOR = samsung
SOC    = s3c24x0

③ 创建与目标板相关的头文件include/config.h

#define CONFIG_BOARDDIR board/samsung/mini2440
#include <config_defaults.h>
#include <configs/mini2440.h>
#include <asm/config.h>

3. make命令执行过程

（1）include/autoconf.mk生成过程

主Makefile开始部分，会包含如下头文件

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

① include/autoconf.mk文件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

② include/autoconf.mk的生成规则

$(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 $@

　　* 根据上面的规则，编译器提取额include/common.h中定义的宏，然后输出给tools/scripts/define2mk.sed脚本处理，处理的结果是生成include/autoconf.mk文件

　　* include/common.h中包含include/config,h文件，而include/config.h文件包含configs/mini2440、asm/config.h等文件

（2）config.mk执行过程：

主Makefile中接着将由make mini2440_config生成的config.mk文件包含进来

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
include $(obj)include/config.mk
export    ARCH CPU BOARD VENDOR SOC

① 设置obj与src

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

② 设置编译选项：下面3个变量表示交叉编译选项

PLATFORM_RELFLAGS =
PLATFORM_CPPFLAGS =
PLATFORM_LDFLAGS =

　　* 变量CC和CFLAGS将会在后面的代码中定义。

　　* 函数cc-option用于检查编译器CC是否支持某选项，定义如下

cc-option = $(shell if $(CC) $(CFLAGS) $() -S -o /dev/null -xc /dev/null \
        > /dev/null >&; then echo "$(1)"; else echo "$(2)"; fi ;)

　　* 函数cc-option使用示例

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

③ 指定交叉编译工具

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，CROSS_COMPILE定义于lib_arm/config.mk文件中

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

④ 包含与开发板相关的配置文件

　　* 包含文件lib_arm/config.mk：该文件中指定了交叉编译前缀，添加了一些与CPU架构相关的编译选项，最后还指定了UBoot的连接器脚本cpu/arm920t/u-boot.lds

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

　　* 包含文件cpu/arm920t/config.mk

　　* 包含文件cpu/arm920t/s3c24x0/config.mk

　　* 包含文件board/samsung/mini2440/config.mk：TEXT_BASE定义于此文件中

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

4. UBoot镜像生成过程

（1）顶层Makefile定义了LIBS变量，用以指明UBoot需要的库文件

LIBS  = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += lib_generic/lzma/liblzma.a
LIBS += lib_generic/lzo/liblzo.a

（2）下面的代码定义了Makefile第一个目标all的依赖

# Always append ALL so that arch config.mk's can add custom ones
ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND)
 
all:        $(ALL)
 
$(obj)u-boot.hex:    $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@
 
$(obj)u-boot.srec:    $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) -O srec $< $@
 
$(obj)u-boot.bin:    $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

（3）uboot文件的生成规则

$(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

① depend 依赖：

② (SUBDIRS)依赖：

③ (OBJS)依赖

④ (LIBBOARD)依赖

⑤ (LIBS)依赖

⑥ (LDSCRIPT)依赖

⑦ (obj)u-boot.lds依赖

（4）编译生成u-boot镜像的命令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) \
            --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
            -Map u-boot.map -o u-boot

① 第一部分：

UNDEF_SYM=`arm-linux-objdump -x board/samsung/mini2440/libmini2449.a... | \
sed  -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\

替换相应变量后

UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \
        sed  -n -e 's/.*\($(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\

将编译u-boot所生成的库中包含__u_boot_cmd_的所有标号，替换为-u__u_boot_cmd_形式的标号，排序（sort），并保证唯一（uniq），然后将所有这样的标号组成的字符串赋值给UNDEF_SYM

②第二部分：

cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
            --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
            -Map u-boot.map -o u-boot

替换相应变量后

cd $(OBJTREE) && arm-linux-ld -Bstatic -T u-boot.lds -Ttext 0x33F80000  $UNDEF_SYM
　　cpu/arm920t/start.o --start-group lib_generic/libgeneric.a ... board/samsung/
　　mini2440/libmini2440.a --end-group ... -Map u-boot.map -o u-boot

（5）从ELF文件u-boot中提取二进制文件u-boot.bin

$(obj)u-boot.bin:    $(obj)u-boot
        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

替换变量后

$(obj)u-boot.bin:    $(obj)u-boot
        arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O binary u-boot uboot.bin

后记：以上分析基于uboot2010.03版本，后续版本中的Makefile组织可能会略有不同