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  • uboot主Makefile解析第一篇

    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 <variable ...>;
    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 <variable ...>;

    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:
         $(origin <variable>;)
    注意,<variable>;是变量的名字,不应该是引用。所以你最好不要在<variable>;中使用“$”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<variable>;从来没有定义过,origin函数返回这个值“undefined”。
    “default”
           如果<variable>;是一个默认的定义
    “environment”
           如果<variable>;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<variable>;这个变量被定义在Makefile中。
    “command line”
           如果<variable>;这个变量是被命令行定义的。
    “override”
           如果<variable>;是被override指示符重新定义的。
    “automatic”
           如果<variable>;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 <configs/$1.h>" >>config.h //将#include <configs/$1.h重定向到include/config.h文件里。
    exit 0
    这样include/config.h里的内容如下:
    /* Automatically generated - do not edit */
    #include <configs/smdk2410.h>
    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_.*)/-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
    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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