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北京邮电大学嵌入式系统协会
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U-boot的Makefile分析
ccliu
2008-11-2
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u-boot的Makefile分析
U－BOOT是一个LINUX下的
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
，在编译之前必须已经安装对应体系结构的交叉编译环境，这
里 只 针 对 ARM ， 编 译 器 系 列 软 件 为 ppc_6xx- 。 U － BOOT 的 下 载 地 址 ：
http://sourceforge.net/projects/u-boot
我下载的是1.1.5版本
要了解一个LINUX工程的结构必须看懂Makefile，尤其是顶层的，没办法，UNIX世界就是
这么无奈，什么东西都用文档去管理、配置。首先在这方面我是个新手，时间所限只粗浅地看
了一些Makefile规则,请各位多多指教。以cpci5200为例:
几个重要的文件分析：
u-boot-1.1.5/Makefile
u-boot-1.1.5/mkconfig
u-boot-1.1.5/config.mk
u-boot根目录下的Makefile文件（u-boot-1.1.5/Makefile）它负责配置u-boot的编译方
式，具体说来包括：使用何种指令集，需包含哪些接口驱动、库等。Makefile的内容从上到下
分别是：分定义编译环境：使用何种编译器、编译方式、目标文件的生成及它们最终镜像中的
链接次序等。Mkconfig和config.mk在接下来的分析中会涉及到。
在编译U－BOOT之前，先要执行
# make cpci5200_config
cpci5200_config 是 Makefile 的一个目标,定义如下：
cpci5200_config: unconfig
@$(MKCONFIG) -a cpci5200 ppc mpc5xxx cpci5200 esd
其中，unconfig 定义如下：
unconfig:
@rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \
$(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp
显然，执行# make cpci5200_config 时，先执行 unconfig 目标，注意不指定输出目标时，
obj，src 变量均为空，unconfig 下面的命令清理上一 次执行 make *_config 时生成的头文件
和 makefile 的包含文件。主要是 include/config.h 和 include/config.mk 文件。
然后才执行命令
@$(MKCONFIG) -a cpci5200 ppc mpc5xxx cpci5200 esd
$(MKCONFIG)就会被替换成$(SRCTREE)/mkconfig 文件路径， MKCONFIG 是顶层目录下的
mkcofig 脚本文件（u-boot-1.1.5/mkconfig），后面五个是传入的参数。Mkconfig 文件的详
细分析见文档末尾。
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注意一下 u-boot 对板卡的分类方法：
Target：宿主机平台
Architecture：定义芯片架构（如 MIPS、POWERPC、ARM 等）
CPU：定义芯片指令集版本（如 ARM7、ARM9、ARM11 等）
Board：芯片厂商，它细分为两类
[VENDOR]：按厂商划分（如 AT9200、S3C44B0 等）
[SOC]：按 SOC 类型（如 S3C2440、S3C2410 等）
1)对于 cpci5200_config 而言，mkconfig 主要做三件事：
在 include 文件夹下建立相应的文件（夹）软(符号)连接，
#如果是 PPC 体系将执行以下操作：
#ln -s asm-ppc asm
#ln -s arch-mpc5xxx asm-ppc/arch
#ln -s proc-armv asm-ppc/proc
生成 Makefile 包含文件 include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：
ARCH = ppc
CPU = mpc5xxx
BOARD = cpci5200
VENDOR = esd
这些变量可以供其它的 makefile 使用，作为一个基本配置.
生成 include/config.h 头文件，只有一行：
echo“/* Automatically generated - do not edit */”>>config.h
echo“＃include
”>>config.h
这两行代码生成一个 include/config.h 文件，这个文件很简单，只有一句话：
#include <$1.h> 当然这里的$1时要被替换成不同的board名字的.这个取决于我们在
主 Makefile 中 xxxx_config 目标中的 xxxx 是什么.
mkconfig 脚本文件的执行至此结束
2)分析 config.mk 的内容：
u-boot 根目录下自带一个 config.mk 文件（u-boot-1.1.5/config.mk），应 该说这才是
真正的 Makefile，以上介绍的两个脚本 Makefile 和 mkconfig 完成了环境配置之后，在该文件
中才定义具体的编译规则，所以你会发现在各个子模块（board、 cpu、lib_xxx、net、disk...）
目录中的 Makefile 第一句就是：include $(TOPDIR)/config.mk。文件内容分析如下：
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这个文件的功能就是给各个在编译过程中的变量赋值，包括编译执行的函数与编译的时候
所带的参数等等。还会根据是否定义了 ARCH，CPU，SOC，VENDOR，BOARD 来决定是否包含相应
位置的 config.mk 文件，这些个文件里，也是定义了相应的平台在编译的时候应该加的参数。
所以如果你为你自己的开发板取了别的名字了，那么就要检查一下这个文件，看一下相应的位
置上的 config.mk 文件有没有，内容是否为你要想的。
z 包含体系，开发板，CPU 特定的规则文件：
#指定预编译体系结构选项
ifdef ARCH
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules
endif
#定义编译时对齐，浮点等选项
ifdef CPU
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include CPU specific rules
endif
ifdef SOC
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include SoC specific rules
endif
ifdef VENDOR
BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)
else
BOARDDIR = $(BOARD)
Endif
#指定特定板子的镜像连接时的内存基地址，重要！
ifdef BOARD
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules
endif
z 定义交叉编译链工具
# Include the make variables (CC, etc...)
#
AS = $(CROSS_COMPILE)as
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
CPP = $(CC) -E
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
NM = $(CROSS_COMPILE)nm
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
RANLIB = $(CROSS_COMPILE)RANLIB
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z 定义 AR 选项 ARFLAGS，调试选项 DBGFLAGS，优化选项 OPTFLAGS 预处理选项 CPPFLAGS，
C 编译器选项 CFLAGS，连接选项 LDFLAGS
#制定了在编译的时候告诉编译器生成的代码的基地址是TEXT_BASE
CPPFLAGS := $(DBGFLAGS) $(OPTFLAGS) $(RELFLAGS) \
-D__KERNEL__ -DTEXT_BASE=$(TEXT_BASE) \
AFLAGS := $(AFLAGS_DEBUG) -D__ASSEMBLY__ $(CPPFLAGS)
#指定了起始地址TEXT_BASE
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
z 指定编译规则
ifndef REMOTE_BUILD
%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
else
$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
$(obj)%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
$(obj)%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
endif
3）分析最关键的 u-boot ELF 文件镜像的生成
Makefile 文件中的各个依赖目标分析如下：
z 依赖目标 depend :生成各个子目录的.depend 文件，.depend 列出每个目标文件的依赖文
件。生成方法，调用每个子目录的 make _depend。
depend dep:
for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done
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z 依赖目标 version：生成版本信息到版本文件 VERSION_FILE 中。
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)
z 伪目标 SUBDIRS: 执行 tools ,examples ,post,post\cpu 子目录下面的 make 文件。
SUBDIRS = tools \
examples \
post \
post/cpu
.PHONY : $(SUBDIRS)
$(SUBDIRS):
$(MAKE) -C $@ all
z 依赖目标$(OBJS)，即 cpu/start.o
$(OBJS):
$(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))
z 依赖目标$(LIBS)，这个目标太多，都是每个子目录的库文件*.a ，通过执行相应子目录
下的 make 来完成：
$(LIBS):
$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
z 依赖目标$(LDSCRIPT)：
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
对于每一种开发板来说,LDSCRIPT 即连接脚本文件，例如 board/esd/cpci5200/u-boot.lds，
定义了连接时各个目标文件是如何组织的。内容如下：
OUTPUT_ARCH(powerpc)
SEARCH_DIR(/lib); SEARCH_DIR(/usr/lib); SEARCH_DIR(/usr/local/lib);
SEARCH_DIR(/usr/local/powerpc-any-elf/lib);
/* Do we need any of these for elf?
__DYNAMIC = 0; */
SECTIONS
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{
/* Read-only sections, merged into text segment: */
. = + SIZEOF_HEADERS;
.interp : { *(.interp) }
.hash : { *(.hash) }
.dynsym : { *(.dynsym) }
.dynstr : { *(.dynstr) }
.rel.text : { *(.rel.text) }
.rela.text : { *(.rela.text) }
.rel.data : { *(.rel.data) }
.rela.data : { *(.rela.data) }
.rel.rodata : { *(.rel.rodata) }
.rela.rodata : { *(.rela.rodata) }
.rel.got : { *(.rel.got) }
.rela.got : { *(.rela.got) }
.rel.ctors : { *(.rel.ctors) }
.rela.ctors : { *(.rela.ctors) }
.rel.dtors : { *(.rel.dtors) }
.rela.dtors : { *(.rela.dtors) }
.rel.bss : { *(.rel.bss) }
.rela.bss : { *(.rela.bss) }
.rel.plt : { *(.rel.plt) }
.rela.plt : { *(.rela.plt) }
.init : { *(.init) }
.plt : { *(.plt) }
#.text的基地址由LDFLAGS中-Ttext $(TEXT_BASE)指定
.text :
{
#start.o为首
cpu/mpc5xxx/start.o (.text)
*(.text)
*(.fixup)
*(.got1)
. = ALIGN(16);
*(.rodata)
*(.rodata1)
*(.rodata.str1.4)
*(.eh_frame)
}
.fini : { *(.fini) } =0
.ctors : { *(.ctors) }
.dtors : { *(.dtors) }
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/* Read-write section, merged into data segment: */
. = (. + 0x0FFF) & 0xFFFFF000;
_erotext = .;
PROVIDE (erotext = .);
.reloc :
{
*(.got)
_GOT2_TABLE_ = .;
*(.got2)
_FIXUP_TABLE_ = .;
*(.fixup)
}
__got2_entries = (_FIXUP_TABLE_ - _GOT2_TABLE_) >> 2;
__fixup_entries = (. - _FIXUP_TABLE_) >> 2;
.data :
{
*(.data)
*(.data1)
*(.sdata)
*(.sdata2)
*(.dynamic)
CONSTRUCTORS
}
_edata = .;
PROVIDE (edata = .);
. = .;
__u_boot_cmd_start = .;
.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }
__u_boot_cmd_end = .;
. = .;
__start___ex_table = .;
__ex_table : { *(__ex_table) }
__stop___ex_table = .;
. = ALIGN(4096);
__init_begin = .;
.text.init : { *(.text.init) }
.data.init : { *(.data.init) }
. = ALIGN(4096);
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__init_end = .;
__bss_start = .;
.bss :
{
*(.sbss) *(.scommon)
*(.dynbss)
*(.bss)
*(COMMON)
}
_end = . ;
PROVIDE (end = .);
}
整个 makefile 剩下的内容全部是各种不同的开发板的*_config:目标的定义了。
对于各子目录的 makefile 文件，主要是生成*.o 文件然后执行 AR 生成对应的库文件。
概括起来，工程的编译流程也就 是通过执行执行一个 make *_config 传入 ARCH，CPU，
BOARD，SOC 参数，mkconfig 根据参数将 include 头文件夹相应的头文件夹连接好，生成
config.h。然后执行 make 分别调用各子目录的 makefile 生成所有的 obj 文件和 obj 库文件
*.a. 最后连接所有目标文件，生成镜像。不同格式的镜像都是调用相应工具由 elf 镜像直接
或者间接生成的。
Mkconfig 源码注解
#下面这一行的内容，表示这个shell脚本的解释器是/bin/sh，给的解释器的参数为-e，这个
#参数的意思就是，当shell返回值为非零值的时候，shell马上退出执行。在shell脚本里也
#可以没有这一行，这一行不是必须的，如果没有这一行的话，那么shell脚本就会用当前运
#行环境下的默认的shell来执行。
#!/bin/sh -e
# Script to create header files and links to configure
# U-Boot for a specific board.
#
# Parameters: Target Architecture CPU Board [VENDOR] [SOC]
#
# (C) 2002-2006 DENX Software Engineering, Wolfgang Denk
#
#APPEND变量与BOARD_NAME变量都设置了默认值，如果后面对变量值有修改就以后面的为准，
#没有就是默认值了。这里的APPEND的参数的意义，实际上就是用来标识是否产生一个新的配
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#置文件，还是直接把生成的配置信息写到旧文件后面。
APPEND=no # Default: Create new config file
BOARD_NAME="" # Name to print in make output
#$#代表的是传入脚本的参数的个数，-gt表示是如果左边参数比右边参数大，则返回true，
#否则为false。$1代表的是传入的第一个参数的内容，$2表示传入的第二个参数的内容，以
#此类推。shift表示参数都左移一位，原来的$3变为$2，$2为$1，$1的内容则被丢弃。这个
#地方，实际上是处理了一些附加的参数的问题，如果是--，则仅丢弃不做其它处理；如果是
#-a，则把APPEND的值置为yes；如果是-n，则表示后面跟的是板子的名字。${a%%pattern}是
#shell中的一个替换语法，表示把变量a中的内容，从右至左，最大程度上把符合pattern样
#式的字符串删掉。这里可以看出，如果-n后面跟的是类似于smdk2410_config的参数的话，
#则最后会变成smdk2410；如果是其它的值，则退出循环，不执行了。在Makefile中的动作，
#其实并不会触发这里的处理逻辑，估计这里是作者为了调试方便，需要单独运行此脚本的时
#候，加的一些对参数的处理。
while [ $# -gt 0 ] ; do
case "$1" in
--) shift ; break ;;
-a) shift ; APPEND=yes ;;
-n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;
*) break ;;
esac
done
#第一行的语法表示如果BOARD_NAME没有被设置过，则把它置为变量1的值。然后进行参数个
#数的判断，-lt表示less than则返回true，也就是如果参数少于4个或是参数大于6个，则退
#出，不执行。如果没有退出执行的话，则输出Configuring for ${BOARD_NAME} board...这
#句话，其中${BOARD_NAME}会被替换成用户输入的板子的名字。
[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"
[ $# -lt 4 ] && exit 1
[ $# -gt 6 ] && exit 1
echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..."
#
# Create link to architecture specific headers
#
#当用户指定的$OBJTREE与$SRCTREE不一致的时候会做如下一些事情：
#在$OBJTREE下建立include文件夹
#在$OBJTREE下建立include2文件夹
#进入到include2文件夹，其实就是$OBJTREE文件夹下的include2
#删除asm，其实往后看就知道了，这是一个文件夹，是以link的方式建立的
#然后建立一个asm的文件夹，这个文件夹是指向${SRCTREE}/include/asm-$2的，$2这个参数
#多指CPU架构类型如：PPC,ARM。
#给变量LNPREFIX赋值。这个变量在以后的执行会用到，所以这里给的asm的位置，是相对于
#后来执行的时候，当前工作目录与asm之间的关系来定的。
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#进入到$OBJTREE中的include文件夹（之前是在include2里）。
#删除掉asm-$2文件夹，其实就是asm-arm文件夹。
#删除掉asm文件夹
#建立一个新的asm-$2文件夹，其实就是asm-arm文件夹
#建立一个名为asm的link，这个link指向新建立的asm-arm文件夹。
#现在看一下整个目录大概的结构：
${OBJTREE}
Include
asm-arm
asm -> ./asm-arm
include2
asm -> ${SRCTREE}/include/asm-arm
#可以看到，目前在include下的asm-arm与asm其实是同一个文件夹，并且内容为空，include2
#文件夹下的asm是指向了源码树中的${SRCTREE}/include/asm-arm文件夹。
#如果"$SRCTREE"与"$OBJTREE"是同一个文件（大多数情况下，咱们都是这种方式来编译的），
#那么就是仅仅在include文件夹下，建立一个名为asm的link，直接指向asm-$2，即asm-arm。
#最后删除asm-arm/arch文件夹。
if [ "$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
rm -f asm-$2/arch
#下面第一句中连接两个判断的-o，相当于or的意思，就是表示的“或”。意思就是如果第6
#个参数为空或是为NULL，则在include下建立一个asm-$2/arch的link，指向
#${LNPREFIX}arch-$3，否则就在include下建立一个asm-$2/arch的link，指向
#${LNPREFIX}arch-$6
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
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#如果第二个参数是arm的话，则删除include/asm-$2/proc文件，实际上就是
#include/asm-arm/proc文件夹，建立一个新的link，在include/asm-$2/proc处，也即
#include/asm-arm/proc，指向${LNPREFIX}proc-armv文件夹
if [ "$2" = "arm" ] ; then
rm -f asm-$2/proc
ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc
fi
#
# Create include file for Make
#
#第一行，输出ARCH = $2，即ARCH = arm到config.mk，也即include/config.mk，注意这里
#用了一个>，它表示重新生成一个config.mk文件，如果有旧的，则覆盖
#第二行，同理，输出CPU = arm920t到config.mk中
#第三行，同理，输出BOARD = smdk2410到config.mk
#第四行，判断，如果$5不为空，且$5的值不为NULL，
#则把VENDOR = $5的值输出到config.mk中
#第五行，同理，把SOC输出到config.mk中
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 = $6" >> config.mk
#
# Create board specific header file
#
#如果APPEND的值为yes，则写入一空行到已经存在的config.h中，也即include/config.h中，
#如果不是，则生成一个新的config.h，如果旧的文件存在，则覆盖。
if [ "$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
echo "#include " >>config.h
exit 0
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浙公网安备 33021202002483