u-boot Makefile整体解析

一、概述   

1、理解u-boot的makefile需要的准备

　　linux常用命令、shell脚本基础知识、makefile脚本基础知识

2、Makefile的元素

    万变不离其宗，无论工程多么复杂，文件多么庞大，其实源于最简单的makefile。Makefile典型的规则如下。 

目标：依赖1，依赖2••••••

       命令

     举一个简单的例子

nand.bin : head.o nand.o main.o
       arm-linux-ld -Tnand.lds -o nand_elf  head.o main.o
       arm-linux-objcopy -O binary -S nand_elf nand.bin

head.o:head.S
       arm-linux-gcc -Wall -c -o head.o head.S

nand.o:nand.c s3c2440_addr.h
       arm-linux-gcc -Wall -c -o nand.o nand.c

main.o:main.c s3c2440_addr.h
       arm-linux-gcc -Wall -c -o main.o main.c

clean:
       rm -f  nand.bin nand_elf head.o nand.o main.o

     形象的表达：待实现一个产品（目标），这个目的需要确定的原材料才能实现（依赖），还需要一套加工手段来制作（编译规则）。

      当最初的makefile设计完成后，为了实现可裁剪、自动化编译等目的，不得不加入更多的makefile规则，当然make工具相应的功能也需要增加。可以肯定：这些增加的规则无非是更加方便、灵活的生成指定目标，更加方便的生成依赖关系，更加方便的生成编译规则。 

举例：

    更加方便灵活的的生成指定目标：通过选项指定生成目标的路径

    更加方便的生成依赖：自动生成依赖文件、通过变量选择编译的源码

    更加方便的生成指定规则：隐含规则、模式规则、通过变量选择使用的编译器及选项

3、u-boot Makefile体系的组成    

　　 Uboot是一个庞大的工程，需要从众多的源文件中选择部分源文件，采用合适的编译手段，生成特定的目标文件。这不是一个简单的任务，需要顶层的makefile，众多的顶层makefile，makefile的include文件（config.mk、rules.mk）等来完成这个工作。

u-bootMakefile 体系

名    称	描    述
顶层Makefile	从总体上控制着u-boot的编译、连接，定义总目标u-boot.bin
顶层config.mk	规定了编译的规则，被所有Makefile所调用
顶层rules.mk	生成依赖关系，被各级子目录Makefile所调用
各级子目录Makefile	决定当前目录的编译、连接
顶层mkconfig	在编译之前运行，为编译做准备

　　mkconfig(shel l脚本)是在编译之前做一些准备，笔者认为可以不算做Makefile集体中的一部分。

u-boot编译过程中生成的与编译相关的文件

名称	描述
include/config.mk	mkconfig所生成，被顶层Makefile所包含，定义ARCH、CPU等全局变量
各级子目录.depend	各级子目录makefile所生成，并被各级子目录makefile所包含，定义依赖关系

 二、Makefile的目标

1、Makefile的总目标

        顶层Makefile的总目标all是一个伪目标，有几个分目标（目标文件）组成：$(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)。其实，用户也可以添加其他目标，如$(obj)u-boot.dis、$(obj)u-boot.img、$(obj)u-boot.hex等等。由于是一个伪目标，所以只要输入命令make all，总会重建几个分目标。 

ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)

2、Makefile的各级子目录中的目标

　　子目录中的all定义了当前目录所有要生成的目标，LIB定义了当前目录要生成的静态库，OBJS定义了当前目录由“.c”文件编译生成的目标“.o”,SOBJS定义了当前目录由“.S”文件编译生成的目标“.o”。

all:    $(obj).depend $(START) $(LIB)
$(LIB): $(obj).depend $(OBJS) $(SOBJS)

 三、Makefile的依赖

1、总目标的依赖

$(obj)u-boot:        depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)

　　总目标的依赖是由“depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)”构成，重要的元素是“$(OBJS) $(LIBS)”。下面，我们看看“$(OBJS) $(LIBS)”，它们又是什么构成的，从而查看u-boot是怎样选择参与编译连接的文件的。

      编译的过程是(*.c *.S) -- > (*.o *.a) --> (*.bin)，但是make工具分析Makefile的过程是相反的。为了生成(*.bin) 需要依赖(*.o *.a)，为了生成(*.o *.a)间接的又需要(*.c *.S)，可以说(*.c *.S)是最初的依赖（原材料）。

     Uboot是一个通用的启动代码，可以在众多的硬件平台上例如arm、powerpc，和操作系统上运行，例如vxworks、linux等等。源码中有相应的源文件包，例如lib_ppc，lib_arm等等。其实，还有各种驱动，网卡、显示器、串口、键盘等等。但是，对于一个特定的应用目标，它的硬件平台是确定的，所用的操作系统也是确定的，它的外设也是确定的。所以，需要对这些源文件进行裁剪。

      在执行make all之前，首先要执行make *_config例如make smdk2410_config，通过执行mkconfig脚本，可以确定所用cpu的架构（ARCH）例如arm ，cpu的种类（CPU）例如arm920t，开发板（BOARD）例如smdk2410 ，soc（SOC）例如 s3c24x0，这些信息保存在mkconfig脚本生成的makefile包含文件include/config.mk中。include/config.mk会被包含进入顶层makefile中，根据这个文件所定义的变量值，从而确定用那些文件（依赖），例如lib_arm/，board/smdk2410，cpu/arm920t等等。这是一种大方向上的裁剪方式。

      至于所用外设之类的裁剪方式，不是通过makefile来实现的，而是通过C语言的预处理实现的，配置文件是include/configs/<board_name>.h，例如include/configs/smdk2410.h。倘若smdk2410开发板上有CS8900网卡，可以通过在配置文件中定义一个宏来实现对网卡驱动的调用，例如“#define CONFIG_DRIVER_CS8900       1”。

    本文主要讨论的是makefile的分析，所以就来看看makefile是怎样裁剪源文件的。 

OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o
ifeq ($(CPU),i386)
OBJS += cpu/$(CPU)/start16.o
OBJS += cpu/$(CPU)/reset.o
endif
ifeq ($(CPU),ppc4xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),mpc83xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),mpc85xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),mpc86xx)
OBJS += cpu/$(CPU)/resetvec.o
endif
ifeq ($(CPU),bf533)
OBJS += cpu/$(CPU)/start1.o      cpu/$(CPU)/interrupt.o  cpu/$(CPU)/cache.o
OBJS += cpu/$(CPU)/cplbhdlr.o   cpu/$(CPU)/cplbmgr.o   cpu/$(CPU)/flush.o
endif

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)

       可以看到，通过调用ARCH、CPU、BOARD、SOC等变量来确定总目标依赖来的构成。

2、各级子母录的依赖

     依赖关系对于更新了源文件重建目标文件来说是重要的。比如下边这个依赖关系，我们希望在更改了nand.c，或者更改了s3c2440_addr.h后，执行make都能重建nand.o。 

nand.o:nand.c s3c2440_addr.h

     通常c源文件更新了，对应的目标文件需要重建，由于模式规则（%.o:%.c）的支持，是能自动实现的。如果c源程序包含的头文件如果改变了，也需要重建此c源程序的目标文件。但是，困难在于描述c源程序依赖的头文件相当困难，因为c源程序当前文件包含的头文件可能本身还包含其他的头文件，而且人工描述头文件的依赖实在是麻烦的工作。

    gcc提供了一种自动产生依赖关系的方法，例如假设想查看test.c的依赖，执行命令gcc –M test.c就OK了。

    Uboot自动生成依赖关系的方法是在每个子文件夹的makefile中调用rules.mk生成的.depend依赖关系文件。

rules.mk的内容如下： 

#########################################################################
_depend: $(obj).depend
$(obj).depend:       $(src)Makefile $(TOPDIR)/config.mk $(SRCS)
              @rm -f $@
              @for f in $(SRCS); do 
                     g=`basename $$f | sed -e 's/(.*).w/1.o/'`; 
                     $(CC) -M $(HOST_CFLAGS) $(CPPFLAGS) -MQ $(obj)$$g $$f >> $@ ; 
              done
#########################################################################

 四、makefile编译规则

    源文件(*.c *.S) -- > 目标文件、库文件(*.o *.a) -->总目标 (*.srec *.bin *.map)。

 1、 总目标的编译规则 库文件 (*.o *.a) -->总目标 (*.srec *.bin *.map)

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 $< $@

$(obj)u-boot.img:   $(obj)u-boot.bin
              ./tools/mkimage -A $(ARCH) -T firmware -C none 
              -a $(TEXT_BASE) -e 0 
              -n $(shell sed -n -e 's/.*U_BOOT_VERSION//p' $(VERSION_FILE) | 
                     sed -e 's/"[      ]*$$/ for $(BOARD) board"/') 
              -d $< $@

$(obj)u-boot.dis:    $(obj)u-boot
              $(OBJDUMP) -d $< > $@

$(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

$(OBJS):
              $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

$(LIBS):
              $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

$(SUBDIRS):
              $(MAKE) -C $@ all

$(NAND_SPL):     version
              $(MAKE) -C nand_spl/board/$(BOARDDIR) all

$(U_BOOT_NAND):     $(NAND_SPL) $(obj)u-boot.bin
              cat $(obj)nand_spl/u-boot-spl-16k.bin $(obj)u-boot.bin > $(obj)u-boot-nand.bin

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)

gdbtools:
              $(MAKE) -C tools/gdb all || exit 1

updater:
              $(MAKE) -C tools/updater all || exit 1

env:
              $(MAKE) -C tools/env all || exit 1

depend dep:
              for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done

tags ctags:
              ctags -w -o $(OBJTREE)/ctags `find $(SUBDIRS) include 
                            lib_generic board/$(BOARDDIR) cpu/$(CPU) lib_$(ARCH) 
                            fs/cramfs fs/fat fs/fdos fs/jffs2 
                            net disk rtc dtt drivers drivers/sk98lin common 
                     ( -name CVS -prune ) -o ( -name '*.[ch]' -print )`

etags:
              etags -a -o $(OBJTREE)/etags `find $(SUBDIRS) include 
                            lib_generic board/$(BOARDDIR) cpu/$(CPU) lib_$(ARCH) 
                            fs/cramfs fs/fat fs/fdos fs/jffs2 
                            net disk rtc dtt drivers drivers/sk98lin common 
                     ( -name CVS -prune ) -o ( -name '*.[ch]' -print )`

$(obj)System.map: $(obj)u-boot
              @$(NM) $< | 
              grep -v '(compiled)|(.o$$)|( [aUw] )|(..ng$$)|(LASH[RL]DI)' | 
              sort > $(obj)System.map

 2、子目录中的编译规则   源文件(*.c *.S) -- > 目标文件、库文件(*.o *.a) 

　　子目录中的编译规则是在顶层目录的config.mk中给出，如下所示。

$(obj)%.s:      %.S
       $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<

$(obj)%.o:      %.S
       $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<

$(obj)%.o:      %.c
       $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

     库文件的编译规则在各子目录中的makefile中给出，举例board/smdk2410/libsmdk2410.a的生成规则。   board/smdk2410文件夹中的makefile内容如下： 

$(LIB):   $(obj).depend $(OBJS) $(SOBJS)
       $(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS) $(SOBJS)

    注意：分析Makefile的细节，必须要分析它的包含文件config.mk，它确定了程序编译、连接的选项，以及目标文件生成的规则等等内容。 

五、u-boot整个编译过程

1、makefile整体解析过程

　　为了生成u-boot.bin这个文件，首先要生成构成u-boot.bin的各个库文件、目标文件。为了各个库文件、目标文件就必须进入各个子目录执行其中的Makefile。由此，确定了整个编译的命令和顺序。

2、makefile整体编译过程

　　首先，根据各个库文件、目标文件出现的先后顺序，依次进入各个子目录编译从而生成这些目标

$(OBJS):
　　echo $(OBJS)
　　$(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

$(LIBS):
　　$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

　　然后，回到顶层目录，继续执行顶层Makefile的总目标，最后生成u-boot.bin。

六、u-boot编译的特点

1、编译子目录

　　编译子目录的方法是进入子目录，然后执行子目录中的Makefile

2、子目录Makefile的内容

　　子目录Makefile的编译规则以及依赖是由顶层的config.mk、rules.mk构成，子目录的Makefile在使用时是用include包含进来的。

附：uboot下载地址：ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/