uboot的makefile体系结构

谁践踏了优雅 2022-01-21 02:07 213阅读 0赞

# [u-boot Makefile整体解析][u-boot Makefile] #

**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。

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。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> </td> 
   <td> <p><code>举例：</code></p> <p>&nbsp;</p> <p><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>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</code></p> <p>&nbsp;</p> <p><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>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</code></p> <p>&nbsp;</p> <p><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>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</code></p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**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。

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

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。

<table>  u-boot编译过程中生成的与编译相关的文件  
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>名称</td> 
   <td>描述</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>include/config.mk</td> 
   <td>mkconfig所生成，被顶层Makefile所包含，定义ARCH、CPU等全局变量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>各级子目录.depend</td> 
   <td>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</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**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.srec(obj)u-boot.bin (obj)System.map(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.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)(SUBDIRS)(OBJS) (LIBS)(LIBS)(LDSCRIPT)”构成，重要的元素是“(OBJS)(OBJS)(LIBS)”。下面，我们看看“(OBJS)(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。

![ExpandedBlockStart.gif][]

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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)

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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：

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#########################################################################
    _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
    #########################################################################

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**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)

![ExpandedBlockStart.gif][]

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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_.*$/-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
    
    $(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

![复制代码][copycode.gif]

** 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。

![复制代码][copycode.gif]

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

![复制代码][copycode.gif]

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

![复制代码][copycode.gif]

(OBJS):　　echo(OBJS):　　echo(OBJS)
    　　(MAKE)−Ccpu/(MAKE)−Ccpu/(CPU) (if(if(REMOTE_BUILD),@,@,(notdir $@))
    
    (LIBS):(LIBS):(MAKE) -C (dir(dir(subst (obj),,(obj),,@))

![复制代码][copycode.gif]

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/][ftp_ftp.denx.de_pub_u-boot]

[u-boot Makefile]: https://www.cnblogs.com/amanlikethis/p/3419858.html
[ExpandedBlockStart.gif]: /images/20220121/64485b1dee4846b19f30c3e3fd89905a.png
[copycode.gif]: /images/20220121/f285cf2ef5614846b9203c84a5284c1d.png
[ftp_ftp.denx.de_pub_u-boot]: ftp://ftp.denx.de/pub/u-boot/