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  • Linux平台Makefile文件的编写基础篇

    目的:
           基本掌握了 make 的用法,能在Linux系统上编程。
    环境:
           
    Linux系统,或者有一台Linux服务器,通过终端连接。一句话:有Linux编译环境。
    准备:
           
    准备三个文件:file1.c, file2.c, file2.h
           file1.c:
                  #include <stdio.h>
                  #include "file2.h"
                  int main()
                  {
                         printf("print file1$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ ");
                         File2Print();
                         return 0;
                  }

           file2.h:

                  #ifndef FILE2_H_
                  #define    FILE2_H_

                          #ifdef __cplusplus

                                extern "C" {

                         #endif

                         void File2Print();

                         #ifdef __cplusplus

                                }

                         #endif

                  #endif

           file2.c:
                  #include "file2.h"
                  void File2Print()
                  {
                         printf("Print file2********************** ");
                  }

    基础:
           先来个例子:
           有这么个Makefile文件。(文件和Makefile在同一目录)
           === makefile 开始 ===
                  helloworld:file1.o file2.o
                         gcc file1.o file2.o -o helloworld

                  file1.o:file1.c file2.h
                         gcc -c file1.c -o file1.o

                   file2.o:file2.c file2.h

                         gcc -c file2.c -o file2.o

                  clean:

                         rm -rf *.o helloworld

           === makefile 结束 ===

    一个 makefile 主要含有一系列的规则,如下:
    A: B
    (tab)<command>
    (tab)<command>

    每个命令行前都必须有tab符号。

     

    上面的makefile文件目的就是要编译一个helloworld的可执行文件。让我们一句一句来解释:

           helloworld : file1.o file2.o                 helloworld依赖file1.o file2.o两个目标文件。

           gcc File1.o File2.o -o helloworld:      编译出helloworld可执行文件。-o表示你指定 的目标文件名。

          

           file1.o : file1.c    file1.o依赖file1.c文件。

           gcc -c file1.c -o file1.o                  编译出file1.o文件。-c表示gcc 只把给它的文件编译成目标文件, 用源码文件的文件名命名但把其后缀由“.c”“.cc”变成“.o”。在这句中,可以省略-o file1.o,编译器默认生成file1.o文件,这就是-c的作用。

     

                  file2.o : file2.c file2.h
                  gcc -c file2.c -o file2.o

    这两句和上两句相同。

     

           clean:

                  rm -rf *.o helloworld

    当用户键入make clean命令时,会删除*.o helloworld文件。

     

    如果要编译cpp文件,只要把gcc改成g++就行了。

    写好Makefile文件,在命令行中直接键入make命令,就会执行Makefile中的内容了。

     

    到这步我想你能编一个Helloworld程序了。

     

    上一层楼:使用变量

           上面提到一句,如果要编译cpp文件,只要把gcc改成g++就行了。但如果Makefile中有很多gcc,那不就很麻烦了。

           第二个例子:

           === makefile 开始 ===
                  OBJS = file1.o file2.o
                  CC = gcc
                  CFLAGS = -Wall -O -g

                  helloworld : $(OBJS)
                         $(CC) $(OBJS) -o helloworld

                  file1.o : file1.c file2.h
                         $(CC) $(CFLAGS) -c file1.c -o file1.o

                  file2.o : file2.c file2.h
                         $(CC) $(CFLAGS) -c file2.c -o file2.o

     

                  clean:

                         rm -rf *.o helloworld
    === makefile 
    结束 ===

     

           这里我们应用到了变量。要设定一个变量,你只要在一行的开始写下这个变量的名字,后 面跟一个 = 号,后面跟你要设定的这个变量的值。以后你要引用 这个变量,写一个 $ 符号,后面是围在括号里的变量名。

     

    CFLAGS = -Wall -O –g,解释一下。这是配置编译器设置,并把它赋值给CFFLAGS变量。

    -Wall          输出所有的警告信息。

    -O              在编译时进行优化。

    -g               表示编译debug版本。

     

           这样写的Makefile文件比较简单,但很容易就会发现缺点,那就是要列出所有的c文件。如果你添加一个c文件,那就需要修改Makefile文件,这在项目开发中还是比较麻烦的。

     

     

    再上一层楼:使用函数

           学到这里,你也许会说,这就好像编程序吗?有变量,也有函数。其实这就是编程序,只不过用的语言不同而已。

           第三个例子:

           === makefile 开始 ===
                  CC = gcc

                  XX = g++
                  CFLAGS = -Wall -O –g

                  TARGET = ./helloworld

                  %.o: %.c

                         $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

                  %.o:%.cpp

                         $(XX) $(CFLAGS) -c $< -o $@

     

                  SOURCES = $(wildcard *.c *.cpp)
                  OBJS = $(patsubst %.c,%.o,$(patsubst %.cpp,%.o,$(SOURCES)))


                  $(TARGET) : $(OBJS)
                         $(XX) $(OBJS) -o $(TARGET)

                         chmod a+x $(TARGET)

    clean:

           rm -rf *.o helloworld
    === makefile 
    结束 ===

    函数1wildcard

           产生一个所有以 '.c' 结尾的文件的列表。

           SOURCES = $(wildcard *.c *.cpp)表示产生一个所有以 .c.cpp结尾的文件的列表,然后存入变量 SOURCES 里。

     

    函数2patsubst

           匹配替换,有三个参数。第一个是一个需要匹配的式样,第二个表示用什么来替换它,第三个是一个需要被处理的由空格分隔的列表。

    OBJS = $(patsubst %.c,%.o,$(patsubst %.cc,%.o,$(SOURCES)))表示把文件列表中所有的.c,.cpp字符变成.o,形成一个新的文件列表,然后存入OBJS变量中。

     

    %.o: %.c

           $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

    %.o:%.cpp

           $(XX) $(CFLAGS) -c $< -o $@

           这几句命令表示把所有的.c,.cpp编译成.o文件。

           这里有三个比较有用的内部变量。$@ 扩展成当前规则的目的文件名, $< 扩展成依靠       列表中的第一个依靠文件,而 $^ 扩展成整个依靠的列表(除掉了里面所有重 复的文件名)。

     

           chmod a+x $(TARGET)表示把helloworld强制变成可执行文件。


    LDFLAGS是选项,LIBS是要链接的库。都是喂给ld的,只不过一个是告诉ld怎么吃,一个是告诉ld要吃什么。

    网上不难搜索到上面这段话。不过“告诉ld怎么吃”是什么意思呢?

    看看如下选项:

    LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib

    LIBS = -lmysqlclient -liconv

    这就明白了。LDFLAGS告诉链接器从哪里寻找库文件,LIBS告诉链接器要链接哪些库文件。不过使用时链接阶段这两个参数都会加上,所以你即使将这两个的值互换,也没有问题。


    说到这里,进一步说说LDFLAGS指定-L虽然能让链接器找到库进行链接,但是运行时链接器却找不到这个库,如果要让软件运行时库文件的路径也得到扩展,那么我们需要增加这两个库给"-Wl,R"

    LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib -Wl,R/var/xxx/lib -Wl,R/opt/mysql/lib

    如 果在执行./configure以前设置环境变量export LDFLAGS="-L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib -Wl,R/var/xxx/lib -Wl,R/opt/mysql/lib" ,注意设置环境变量等号两边不可以有空格,而且要加上引号哦(shell的用法)。那么执行configure以后,Makefile将会设置这个选项, 链接时会有这个参数,编译出来的可执行程序的库文件搜索路径就得到扩展了。


    ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


    PS:-Wl,R在GraphicsMagick环境下,用为-R, 也就是LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -R/var/xxx/lib



    CFLAGS 或 CPPFLAGS的用法
    CPPFLAGS='-I/usr/local/libjpeg/include -I/usr/local/libpng/include'


    arm-linux-ld命令 ld链接脚本

    我们对每个c或者汇编文件进行单独编译,但是不去连接,生成很多.o 的文件,这些.o文件首先是分散的,我们首先要考虑的如何组合起来;其次,这些.o文件存在相互调用的关系;再者,我们最后生成的bin文件是要在硬件中运行的,每一部分放在什么地址都要有仔细的说明。我觉得在写makefile的时候,最为重要的就是ld的理解,下面说说我的经验:

     

    首先,要确定我们的程序用没有用到标准的c库,或者一些系统的库文件,这些一般是在操作系统之上开发要注意的问题,这里并不多说,熟悉在Linux编程的人,基本上都会用ld命令;这里,我们从头开始,直接进行汇编语言的连接。

     

    我们写一个汇编程序,控制GPIO,从而控制外接的LED,代码如下;

    .text

    .global _start

    _start:

        LDR R0,=0x56000010 @GPBCON寄存器
       
        MOV R1,# 0x00000400
        str R1,[R0]
       
        LDR R0,=0x56000014
        MOV R1,#0x00000000
       
        STR R1,[R0]
       
        MAIN_LOOP:
                B MAIN_LOOP

        代码很简单,就是一个对io口进行设置然后写数据。我们看它是如何编译的,注意我们这里使用的不是arm-linux-gcc而是arm-elf-gcc,二者之间没有什么比较大的区别,arm-linux-gcc可能包含更多的库文件,在命令行的编译上面是没有区别。我们来看是如何编译的:

           arm-elf-gcc -g -c -o led_On.o led_On.s 首先纯编译不连接

           arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf

           用Ttext指明我们程序存储的地方这里生成的是elf文件,还不是我们真正的bin,但是可以借助一些工具可以进行调试。然后:

           arm-elf-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin  

    生成bin文件。

     

    -T选项是ld命令中比较重要的一个选项,可以用它直接指明代码的代码段、数据段、bss段,对于复杂的连接,可以专门写一个脚本来告诉编译器如何连接。

        -Ttext   addr

        -Tdata   addr

        -Tbss    addr

    arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf ,运行地址为0x00000000,由于没有指明数据段和bss,他们会默认的依次放在后面。相同的代码不同的Ttext,你可以对比一下他们之间会变的差异,ld会自动调整跳转的地址。

     

     

         第二个概念:section,section可以理解成→块,例如像c里面的一个子函数,就是一个section,链接器ld把object文件中的每个section都作为一个整体,为其分配运行的地址(memory layout),这个过程就是重定位(relocation);最后把所有目标文件合并为一个目标文件

     

         链接通过一个linker script来控制,这个脚本描述了输入文件的sections输出文件的映射,以及输出文件的memory layout。

        因此,linker总会使用一个linker script,如果不特别指定,则使用默认的script;可以使用‘-T’命令行选项来指定一个linker script。

       *映像文件的输入段与输出段

        linker把多个输入文件合并为一个输出文件。输出文件和输入文件都是目标文件(object file),输出文件通常被称为可执行文件(executable)。

        每个目标文件都有一系列section,输入文件的section称为input section,输出文件的section则称为output section。

         一个section可以是loadable的,即输出文件运行时需要将这样的section加载到memory(类似于RO&RW段);也可以是 allocatable的,这样的section没有任何内容,某些时候用0对相应的memory区域进行初始化(类似于ZI段);如果一个 section既非loadable也非allocatable,则它通常包含的是调试信息

        每个loadable或 allocatable的output section都有两个地址,一是VMA(virtual memory address),是该section的运行时域地址;二是LMA(load memory address),是该section的加载时域地址

       可以通过objdump工具附加'-h'选项来查看目标文件中的sections。

     

    *简单的Linker script

    (1) SECTIONS命令:

    The SECTIONS command tells the linker how to map input sections into output sections, and how to place the output sections in memory.

    命令格式如下:

    SECTIONS

    {

    sections-command

    sections-command

    ......

    }

    其中sections-command可以是ENTRY命令,符号赋值,输出段描述,也可以是overlay描述。

    (2) 地址计数器‘.’(location counter):

    该符号只能用于SECTIONS命令内部,初始值为‘0’,可以对该符号进行赋值,也可以使用该符号进行计算或赋值给其他符号。它会自动根据SECTIONS命令内部所描述的输出段的大小来计算当前的地址。

    (3) 输出段描述(output section description):

    前面提到在SECTIONS命令中可以作输出段描述,描述的格式如下:

    section [address] [(type)] : [AT(lma)]

    {

    output-section-command

    output-section-command

    ...

    } [>region] [AT>lma_region] [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

    很多附加选项是用不到的。其中的output-section-command又可以是符号赋值,输入段描述,要直接包含的数据值,或者某一特定的输出段关键字。


    *linker script 实例

    ==============================

    OUTPUT_ARCH(arm)

    ENTRY(_start)

    SECTIONS {

        . = 0xa3f00000;

        __boot_start = .;

        .start ALIGN(4) : {

            *(.text.start)

        }


        .setup ALIGN(4) : {

            setup_block = .;

            *(.setup)

            setup_block_end = .;

        }


        .text ALIGN(4) : {

            *(.text)

        }


        .rodata ALIGN(4) : {

            *(.rodata)

        }

        .data ALIGN(4) : {

            *(.data)

        }


        .got ALIGN(4) : {

            *(.got)

        }

        __boot_end = .;


        .bss ALIGN(16) : {

            bss_start = .;

            *(.bss)

            *(COMMON)

            bss_end = .;

        }


        .comment ALIGN(16) : {

            *(.comment)

        }

        stack_point = __boot_start + 0x00100000;

        loader_size = __boot_end - __boot_start;

        setup_size = setup_block_end - setup_block;

    }

    =============================

    在SECTIONS命令中的类似于下面的描述结构就是输出段描述:

    .start ALIGN(4) : {

        *(.text.start)

    }

    .start 为output section name,ALIGN(4)返回一个基于location counter(.)的4字节对齐的地址值。*(.text.start)是输入段描述,*为通配符,意思是把所有被链接的object文件中的.text.start段都链接进这个名为.start的输出段。

    源文件中所标识的section及其属性实际上就是对输入段的描述,例如.text.start输入段在源文件start.S中的代码如下:

    .section .text.start

    .global _start

    _start :

        b start

    arm-elf-ld -Ttimer.lds -o timer_elf header .o

    这里就必须存在一个timer.lds的文件。

    对于.lds文件,它定义了整个程序编译之后的连接过程,决定了一个可执行程序的各个段的存储位置。虽然现在我还没怎么用它,但感觉还是挺重要的,有必要了解一下。

    先看一下GNU官方网站上对.lds文件形式的完整描述:

    SECTIONS {
    ...
    secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
    { contents } >region :phdr =fill
    ...
    }

    secname和contents是必须的,其他的都是可选的。下面挑几个常用的看看:

    1、secname:段名

    2、contents:决定哪些内容放在本段,可以是整个目标文件,也可以是目标文件中的某段(代码段、数据段等)

    3、start:本段连接(运行)的地址,如果没有使用AT(ldadr),本段存储的地址也是start。GNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。

    4、AT(ldadr):定义本段存储(加载)的地址。


    SECTIONS {
    firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
    second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }
    }

        以上,head.o放在0x00000000地址开始处,init.o放在head.o后面,他们的运行地址也是0x00000000,即连接和存储地址相同(没有AT指定)

         main.o放在4096(0x1000,是AT指定的,存储地址)开始处,但是它的运行地址在0x30000000,运行之前需要从0x1000(加载处)复制到0x30000000(运行处),此过程也就用到了读取Nand flash。

         这就是存储地址和连接(运行)地址的不同,称为加载时域运行时域,可以在.lds连接脚本文件中分别指定。

    编写好的.lds文件,在用arm-linux-ld连接命令时带-Tfilename来调用执行,如
    arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext参数直接指定连接地址,如
    arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o。

     

    **************************************************************************************************

        既然程序有了两种地址,就涉及到一些跳转指令的区别,这里正好写下来,以后万一忘记了也可查看,以前不少东西没记下来现在忘得差不多了。

          ARM汇编中,常有两种跳转方法b跳转指令(位置无关指令)ldr指令(位置相关指令) 向PC赋值。

     

    我自己经过归纳如下:

         b step1 :b跳转指令是相对跳转依赖当前PC的值,偏移量是通过该指令本身的bit[23:0]算出来的,这使得使用b指令的程序不依赖于要跳到的代码的位置,只看指令本身。

     

         ldr pc, =step1 :该指令是从内存中的某个位置(step1)读出数据并赋给PC同样依赖当前PC的值,但是偏移量是那个位置(step1)的连接地址(运行时的地址),所以可以用它实现从Flash到RAM的程序跳转。

     

        此外,有必要回味一下adr伪指令,U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现当前程序是在RAM中还是flash中。仍然用我当时的注释

    adr r0, _start

    ldr r1, _TEXT_BASE

        cmp r0, r1

       下面,结合u-boot.lds看看一个正式的连接脚本文件。这个文件的基本功能还能看明白,虽然上面分析了好多,但其中那些GNU风格的符号还是着实让我感到迷惑。

    OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm", "elf32­littlearm", "elf32­littlearm")
    ;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.
    SECTIONS
    {
            . = 0x00000000 ; 从0x0位置开始
            . = ALIGN(4) ; 代码以4字节对齐
            .text : ;指定代码段
            {
              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段式是uboot自定义的一个段, 非标准段
            __u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置
            .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在该段.
            __u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置
            . = ALIGN(4);
            __bss_start = .; 把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置
            .bss : { *(.bss) }; 指定bss段
            _end = .; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置

    转自御剑踏浪


    arm-linux-gcc和arm-linux-ld、arm-linux-objcopy之间的关系

    arm-linux-ld 是连接器,它把一些目标和归档文件结合在一起,重定位数据,并连接符号引用。通常,建立一个新编译程序的最后一步就是调用ld。

    arm-linux-gcc -wall -O2 -c -o $@ $<
    -o 只激活预处理,编译,和汇编,也就是他只把程序做成obj文件 
    -Wall 指定产生全部的警告信息 
    -O2 编译器对程序提供的编译优化选项,在编译的时候使用该选项,可以使生成的执行文件的执行效率提高 
    -c 表示只要求编译器进行编译,而不要进行链接,生成以源文件的文件名命名但把其后缀由 .c 或 .cc 变成 .o 的目标文件 
    -S 只激活预处理和编译,就是指把文件编译成为汇编代码
    arm-linux-ld 直接指定代码段,数据段,BSS段的起始地址
    -Tbss ADDRESS Set address of .bss section

    -Tdata ADDRESS Set address of .data section

    -Ttext ADDRESS Set address of .text section
    示例:
    ${CROSS}ld -Ttext=0x33000000 led.o -o led.elf
    使用连接脚本设置地址:
    arm-linux-ld -Tbeep.lds start.o beep.o -o beep.elf
    其中beep.lds 为连接脚本如下:
    arm-linux-objcopy被用来复制一个目标文件的内容到另一个文件中,可用于不同源文件的之间的格式转换
    示例:
    arm-linux-objcopy –o binary –S elf_file bin_file
    常用的选项:
    input-file , outflie
    输入和输出文件,如果没有outfile,则输出文件名为输入文件名
    2.-l bfdname或—input-target=bfdname
    用来指明源文件的格式,bfdname是BFD库中描述的标准格式名,如果没指明,则arm-linux-objcopy自己分析
    3.-O bfdname 输出的格式
    4.-F bfdname 同时指明源文件,目的文件的格式
    5.-R sectionname 从输出文件中删除掉所有名为sectionname的段
    6.-S 不从源文件中复制重定位信息和符号信息到目标文件中
    7.-g 不从源文件中复制调试符号到目标文件中
    arm-linux-objdump
    查看目标文件(.o文件)和库文件(.a文件)信息
    arm-linux-objdump -D -m arm beep.elf > beep.dis
    -D 显示文件中所有汇编信息
    -m machine

    指定反汇编目标文件时使用的架构,当待反汇编文件本身没有描述架构信息的时候(比如S-records),这个选项很有用。可以用-i选项列出这里能够指定的架构.
    [guowenxue@localhost asm_c_buzzer]$ cat beep.lds 
    /***********************************************************************
    * File: beep.lds
    * Version: 1.0.0
    * Copyright: 2011 (c) Guo Wenxue <guowenxue@gmail.com>
    * Description: Cross tool link text, refer to u-boot.lds
    * ChangeLog: 1, Release initial version on "Mon Mar 21 21:09:52 CST 2011"
    *
    **********************************************************************/
    OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
    OUTPUT_ARCH(arm)
    ENTRY(_start)
    SECTIONS{
    . = 0x33000000;
    .text : {

    *(.text)
    *(.rodata)
    }

    .data ALIGN(4): {

    *(.data)

    }
    .bss ALIGN(4): {

    *(.bss)

    }

    }

    [guowenxue@localhost asm_c_buzzer]$ cat makefile 

    # ***********************************************************************

    # * File: makefile

    # * Version: 1.0.0

    # * Copyright: 2011 (c) Guo Wenxue <guowenxue@gmail.com>

    # * Description: Makefile used to cross compile the ASM and C source code

    # * ChangeLog: 1, Release initial version on "Mon Mar 21 21:09:52 CST 2011"

    # *
    # ***********************************************************************
    CROSS = /opt/buildroot-2011.02/arm920t/usr/bin/arm-linux-
    CFLAGS = 
    beep.bin: start.S beep.c
    arm-linux-gcc $(CFLAGS) -c -o start.o start.S

    arm-linux-gcc $(CFLAGS) -c -o beep.o beep.c

    arm-linux-ld -Tbeep.lds start.o beep.o -o beep.elf

    arm-linux-objcopy -O binary -S beep.elf beep.bin

    rm -f *.elf *.o
    install:
    cp beep.bin ~/winxp -f --reply=yes
    clean:
    rm -f *.elf *.o
    rm -f beep.bin





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