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singleboy的博客

愿工作和生活中的点点滴滴与你分享。。。感谢各位同仁,让我跟着大家一起进步。

 
 
 

日志

 
 

U-Boot编译过程分析  

2011-03-09 19:04:39|  分类: Bootloader |  标签: |举报 |字号 订阅

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 一,U-Boot简介

U-Boot,全称 Universal Boot Loader,是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来。其源码目录、编译形式与Linux内核很相似,事实上,不少U-Boot源码就是相应的Linux内核源程序的简化,尤其是一些设备的驱动程序,这从U-Boot源码的注释中能体现这一点。

U-Boot不仅仅支持嵌入式Linux系统的引导,当前,它还支持NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS嵌入式操作系统。其目前要支持的目标操作系统是OpenBSD, NetBSD, FreeBSD,4.4BSD, Linux, SVR4, Esix, Solaris, Irix, SCO, Dell, NCR, VxWorks, LynxOS, pSOS, QNX, RTEMS, ARTOS。这是U-Boot中Universal的一层含义,另外一层含义则是U-Boot除了支持PowerPC系列的处理器外,还能支持MIPS、 x86、ARM、NIOS、XScale等诸多常用系列的处理器。这两个特点正是U-Boot项目的开发目标,即支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。就目前来看,U-Boot对PowerPC系列处理器支持最为丰富,对Linux的支持最完善。其它系列的处理器和操作系统基本是在2002年11 月PPCBOOT改名为U-Boot后逐步扩充的。从PPCBOOT向U-Boot的顺利过渡,很大程度上归功于U-Boot的维护人德国DENX软件工程中心Wolfgang Denk[以下简称W.D]本人精湛专业水平和持着不懈的努力。当前,U-Boot项目正在他的领军之下,众多有志于开放源码BOOT LOADER移植工作的嵌入式开发人员正如火如荼地将各个不同系列嵌入式处理器的移植工作不断展开和深入,以支持更多的嵌入式操作系统的装载与引导。

U-Boot编译过程分析 - singleboy - singleboy的博客
  选择U-Boot的理由: 
  1. 开放源码;
  2. 支持多种嵌入式操作系统内核,如Linux、NetBSD, VxWorks, QNX, RTEMS, ARTOS, LynxOS;
  3. 支持多个处理器系列,如PowerPC、ARM、x86、MIPS、XScale;
  4.  较高的可靠性和稳定性;
  5. 高度灵活的功能设置,适合U-Boot调试、操作系统不同引导要求、产品发布等;
  6. 丰富的设备驱动源码,如串口、以太网、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、键盘等;
  7. 较为丰富的开发调试文档与强大的网络技术支持;


二,U-Boot目录结构和源码顶层目录说明  

  • board 目标板相关文件,主要包含SDRAM、FLASH等一些板级驱动,每套开发板对应一个子目录,如smdk2410; 
  • common 与处理器体系结构无关的通用代码,实现各种命令的c语言文件,是各种命令的集合,如内存大小探测与故障检测;   
  •  cpu 与处理器相关的文件。存放一些与CPU架构相关的驱动和中断初始化等文件,其子目录是以其支持的CPU为名,如arm702t、arm920t和mips等;
  • driver 通用设备驱动,实现如串口、USB、各种网卡、LCD驱动和支持CFI的FLASH驱动等;  
  • doc U-Boot的说明文档;
  • dtt  一些与传感器相关的文档;  
  • examples 可在U-Boot下运行的示例程序;如hello_world.c,timer.c;   
  • fs 实现对各种文件系统的支持,如cramfs、fat 、fdos 、jffs2、 jaffs 和registerfs等;
  • include U-Boot头文件,尤其configs子目录下与目标板相关的配置头文件是移植过程中经常要修改的文件;  
  • lib_xxx 处理器体系相关的文件,如lib_ppc, lib_arm目录分别包含与PowerPC、ARM体系结构相关的文件;
  • lib_generic 通用多功能函数的实现代码;  
  • net 与网络功能相关的文件目录,如bootp协议、nfs协议、tftp协议和rarp协议等;
  • post 上电自检文件目录。尚有待于进一步完善;  
  • rtc RTC驱动程序;  
  • tools 用于创建U-Boot的s-record格式的文件和生成bin镜像文件的工具,如mkimage和校验工具crc等;

 

 三,U-Boot主要功能

U-Boot可支持的主要功能列表:

  •  系统引导;
  • 支持NFS挂载、RAMDISK(压缩或非压缩)形式的根文件系统;
  • 支持NFS挂载、从FLASH中引导压缩或非压缩系统内核;  
  • 基本辅助功能 强大的操作系统接口功能;可灵活设置、传递多个关键参数给操作系统,适合系统在不同开发阶段的调试要求与产品发布,尤对Linux支持最为强劲;
  • 支持目标板环境参数多种存储方式,如FLASH、NVRAM、EEPROM;
  • CRC32校验,可校验FLASH中内核、RAMDISK镜像文件是否完好;
  • 设备驱动 串口、SDRAM、FLASH、以太网、LCD、NVRAM、EEPROM、键盘、USB、PCMCIA、PCI、RTC等驱动支持;
  • 上电自检功能 SDRAM、FLASH大小自动检测;SDRAM故障检测;CPU型号;
  • 特殊功能 XIP内核引导; 
     

三,编译前准备

 

四,U-Boot编译过程分析

所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的makefile来确定的。在执行make之前,先要执行make $(board)_config 对工程进行配置,以确定特定于目标板的各个子目录和头文件。$(board)_config:是makefile 中的一个伪目标,它传入指定的CPU,ARCH,BOARD,SOC参数去执行mkconfig脚本。这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹,生成config.h文件包含板子的配置头文件。使得makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。

1,U-Boot Makefile分析

部分内容来自http://www.cnblogs.com/heaad/archive/2010/07/17/1779806.html#commentform

1.1,U-Boot编译命令

对于mini2440开发板,编译U-Boot需要执行如下的命令:

$  make  smdk2410_config

$  make  all

 使用上面的命令编译U-Boot,编译生成的所有文件都保存在源代码目录中。为了保持源代码目录的干净,可以使用如下命令将编译生成的文件输出到一个外部目录,而不是在源代码目录中,下面的2种方法都将编译生成的文件输出到 /tmp/build目录:

$  export  BUILD_DIR=/tmp/build

$  make  smdk2410_config

$  make  all

$  make  O=/tmp/build  smdk2410_config  (注意是字母O,而不是数字0)

$  make  all  

为了简化分析过程,方便读者理解,这里主要针对第一种编译方式(目标输出到源代码所在目录)进行分析。
1.2, U-Boot配置、编译、连接过程

U-Boot开头有一些跟主机软硬件环境相关的代码,在每次执行make命令时这些代码都被执行一次。 

1.2.1,U-Boot 配置过程

(1)定义主机系统架构

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/ppc64/ppc/ \

           -e s/macppc/ppc/)

 “sed –e”表示后面跟的是一串命令脚本,而表达式“s/abc/def/”表示要从标准输入中,查找到内容为“abc”的,然后替换成“def”。其中“abc”表达式用可以使用“.”作为通配符。

   命令“uname –m”将输出主机CPU的体系架构类型。作者的电脑使用Intel Core2系列的CPU,因此“uname –m”输出“i686”。 “i686”可以匹配命令“sed -e s/i.86/i386/”中的“i.86”,因此在作者的机器上执行Makefile,HOSTARCH将被设置成“i386” 。

(2)定义主机操作系统类型

HOSTOS := $(shell uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]' | \

           sed -e 's/\(cygwin\).*/cygwin/')

“uname –s”输出主机内核名字,作者使用Linux发行版Ubuntu9.10,因此“uname –s”结果是“Linux”。“tr '[:upper:]' '[:lower:]'”作用是将标准输入中的所有大写字母转换为响应的小写字母。因此执行结果是将HOSTOS 设置为“linux”。

(3)定义执行shell脚本的shell (见u-boot-2010.03版)

# Set shell to bash if possible, otherwise fall back to sh

SHELL := $(shell if [ -x "$$BASH" ]; then echo $$BASH; \

       else if [ -x /bin/bash ]; then echo /bin/bash; \

       else echo sh; fi; fi)

export HOSTARCH HOSTOS SHELL

"$$BASH"的作用实质上是生成了字符串“$BASH”(前一个$号的作用是指明第二个$是普通的字符)。若执行当前Makefile的shell中定义了“$BASH”环境变量,且文件“$BASH”是可执行文件,则SHELL的值为“$BASH”。否则,若“/bin/bash”是可执行文件,则SHELL值为“/bin/bash”。若以上两条都不成立,则将“sh”赋值给SHELL变量。

由于作者的机器安装了bash shell,且shell默认环境变量中定义了“$BASH”,因此SHELL 被设置为$BASH 。

(4)设定编译输出目录

ifdef O

ifeq ("$(origin O)", "command line")

BUILD_DIR := $(O)

endif

endif

 函数$( origin, variable) 输出的结果是一个字符串,输出结果由变量variable定义的方式决定,若variable在命令行中定义过,则origin函数返回值为"command line"。假若在命令行中执行了“export BUILD_DIR=/tmp/build”的命令,则“$(origin O)”值为“command line”,而BUILD_DIR被设置为“/tmp/build”。

ifneq ($(BUILD_DIR),)

saved-output := $(BUILD_DIR) 

# Attempt to create a output directory.

$(shell [ -d ${BUILD_DIR} ] || mkdir -p ${BUILD_DIR})

若${BUILD_DIR}表示的目录没有定义,则创建该目录。

# Verify if it was successful.

BUILD_DIR := $(shell cd $(BUILD_DIR) && /bin/pwd)

$(if $(BUILD_DIR),,$(error output directory "$(saved-output)" does not exist))

endif # ifneq ($(BUILD_DIR),)

若$(BUILD_DIR)为空,则将其赋值为当前目录路径(源代码目录)。并检查$(BUILD_DIR)目录是否存在。

OBJTREE           := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))

SRCTREE          := $(CURDIR)

TOPDIR             := $(SRCTREE)

LNDIR        := $(OBJTREE)

export TOPDIR SRCTREE OBJTREE

MKCONFIG      := $(SRCTREE)/mkconfig

export MKCONFIG

ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE))

REMOTE_BUILD := 1

export REMOTE_BUILD

endif

# $(obj) and (src) are defined in config.mk but here in main Makefile

# we also need them before config.mk is included which is the case for

# some targets like unconfig, clean, clobber, distclean, etc.

ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE))

obj := $(OBJTREE)/

src := $(SRCTREE)/

else

obj :=

src :=

endif

export obj src

CURDIR变量指示Make当前的工作目录,由于当前Make在U-Boot顶层目录执行Makefile,因此CURDIR此时就是U-Boot顶层目录。

执行完上面的代码后, SRCTREE,src变量就是U-Boot代码顶层目录,而OBJTREE,obj变量就是输出目录,若没有定义BUILD_DIR环境变量,则SRCTREE,src变量与OBJTREE,obj变量都是U-Boot源代码目录。而MKCONFIG则表示U-Boot根目录下的mkconfig脚本。

2,make smdk2410_config命令执行过程

下面分析命令“make mini2440_config”执行过程,为了简化分析过程这里主要分析将编译目标输出到源代码目录的情况。

smdk2410_config :      unconfig

       @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0

其中的依赖“unconfig”定义如下:

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

其中“@”的作用是执行该命令时不在shell显示。“obj”变量就是编译输出的目录,因此“unconfig”的作用就是清除上次执行make *_config命令生成的配置文件(如include/config.h,include/config.mk等)。

$(MKCONFIG)在上面指定为“$(SRCTREE)/mkconfig”。$(@:_config=)为将传进来的所有参数中的_config替换为空(其中“@”指规则的目标文件名,在这里就是“smdk2410_config ”。$(text:patternA=patternB),这样的语法表示把text变量每一个元素中结尾的patternA的文本替换为patternB,然后输出) 。因此$(@:_config=)的作用就是将smdk2410_config中的_config去掉,得到smdk2410。

因此“@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0”实际上就是执行了如下命令:

./mkconfig smdk2410 arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0

即将“smdk2410 arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0”作为参数传递给当前目录下的mkconfig脚本执行。

在mkconfig脚本中给出了mkconfig的用法:

# Parameters:  Target  Architecture  CPU  Board [VENDOR] [SOC]

因此传递给mkconfig的参数的意义分别是:

smdk2410:Target(目标板型号)

arm:Architecture (目标板的CPU架构)

arm920t:CPU (具体使用的CPU型号)

smdk2410:Board

samsung:VENDOR(生产厂家名)

s3c24x0:SOC

下面再来看看mkconfig脚本到底做了什么。

(1)确定开发板名称BOARD_NAME

在mkconfig脚本中有如下代码:

APPEND=no      # no表示创建新的配置文件,yes表示追加到配置文件中

BOARD_NAME="" # Name to print in make output

TARGETS="" #在u-boot-2009.11版本中出现

while [ $# -gt 0 ] ; do

    case "$1" in

    --) shift ; break ;;

    -a) shift ; APPEND=yes ;;

    -n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;

    -t) shift ; TARGETS="`echo $1 | sed 's:_: :g'` ${TARGETS}" ; shift ;;

    *)  break ;;

    esac

done

[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" 

环境变量$#表示传递给脚本的参数个数,这里的命令有6个参数,因此$#是6 。shift的作用是使$1=$2,$2=$3,$3=$4….,而原来的$1将丢失。因此while循环的作用是,依次处理传递给mkconfig脚本的选项。由于我们并没有传递给mkconfig任何的选项,因此while循环中的代码不起作用。

最后将BOARD_NAME的值设置为$1的值,在这里就是“smdk2410”。

(2)检查参数合法性

[ $# -lt 4 ] && exit 1

[ $# -gt 6 ] && exit 1

if [ "${ARCH}" -a "${ARCH}" != "$2" ]; then

       echo "Failed: \$ARCH=${ARCH}, should be '$2' for ${BOARD_NAME}" 1>&2

       exit 1

fi

上面代码的作用是检查参数个数和参数是否正确,参数个数少于4个或多于6个都被认为是错误的。

(3)创建到目标板相关的目录的链接,代码仍然在mkconfig脚本中

#

# Create link to architecture specific headers

#

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then         #若编译目标输出到外部目录,则下面的代码有效

       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

若将目标文件设定为输出到源文件所在目录,则以上代码在include目录下建立了到asm-arm目录的符号链接asm。其中的ln -s asm-$2 asm即ln -s asm-arm asm 。

rm -f asm-$2/arch 

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

建立符号链接include/asm-arm/arch ,若$6(SOC)为空,则使其链接到include/asm-arm/arch-arm920t目录,否则就使其链接到include/asm-arm/arch-s3c24x0目录。(事实上include/asm-arm/arch-arm920t并不存在,因此$6是不能为空的,否则会编译失败)

if [ "$2" = "arm" ] ; then

       rm -f asm-$2/proc

       ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc

fi

若目标板是arm架构,则上面的代码将建立符号连接include/asm-arm/proc,使其链接到目录proc-armv目录。

建立以上的链接的好处:编译U-Boot时直接进入链接文件指向的目录进行编译,而不必根据不同开发板来选择不同目录。

(4)构建include/config.mk文件

#

# Create include file for Make

#

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

上面代码将会把如下内容写入文件inlcude/config.mk文件:

ARCH   = arm

CPU    = arm920t

BOARD  = smdk2410

VENDOR = samsung

SOC    = s3c24x0

(5)指定开发板代码所在目录

# Assign board directory to BOARDIR variable

if [ -z "$5" -o "$5" = "NULL" ] ; then

    BOARDDIR=$4

else

    BOARDDIR=$5/$4

fi

以上代码指定board目录下的一个目录为当前开发板专有代码的目录。若$5(VENDOR)为空则BOARDDIR设置为$4(BOARD),否则设置为$5/$4(VENDOR/BOARD)。在这里由于$5不为空,因此BOARDDIR被设置为samsung/smdk2410 。

(6)构建include/config.h文件

#

# Create board specific header file

#

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

 

for i in ${TARGETS} ; do

       echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h ;

done

 

cat << EOF >> config.h #见u-boot-2010.03版

#define CONFIG_BOARDDIR board/$BOARDDIR

#include <config_defaults.h>

#include <configs/$1.h>

#include <asm/config.h>

EOF

exit 0

这里的“cat << EOF >> config.h”表示将输入的内容追加到config.h中,直到出现“EOF”这样的标识为止。

若APPEND为no,则创建新的include/config.h文件。若APPEND为yes,则将新的配置内容追加到include/config.h文件后面。由于APPEND的值保持“no”,因此config.h被创建了,并添加了如下的内容:

       /* Automatically generated - do not edit */

       #define CONFIG_BOARDDIR board/samsung/smdk2410

       #include <config_defaults.h>

       #include <configs/smdk2410.h>

       #include <asm/config.h>

 下面总结命令make smdk2410_config执行的结果(仅针对编译目标输出到源代码目录的情况):

(1)    创建到目标板相关的文件的链接

       ln -s asm-arm asm

       ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch

       ln -s proc-armv asm-arm/proc

(2)    创建include/config.mk文件,内容如下所示:

       ARCH   = arm

       CPU    = arm920t

       BOARD  = smdk2410

       VENDOR = samsung

       SOC    = s3c24x0

(3)    创建与目标板相关的文件include/config.h,如下所示:

       /* Automatically generated - do not edit */

       #define CONFIG_BOARDDIR board/samsung/smdk2410

       #include <config_defaults.h>

       #include <configs/smdk2410.h>

       #include <asm/config.h>

3.      make all命令执行过程

若没有执行过“make <board_name>_config”命令就直接执行“make all”命令则会出现如下的才错误信息,然后停止编译:

System not configured - see README

U-Boot是如何知道用户没有执行过“make <board_name>_config”命令的呢?阅读U-Boot源代码就可以发现了,Makefile中有如下代码:

ifeq ($(obj)include/config.mk,$(wildcard $(obj)include/config.mk)) # config.mk存在

all: 

sinclude $(obj)include/autoconf.mk.dep

sinclude $(obj)include/autoconf.mk

… …

else        # !config.mk,config.mk不存在

all $(obj)u-boot.hex $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin \

$(obj)u-boot.img $(obj)u-boot.dis $(obj)u-boot \

$(filter-out tools,$(SUBDIRS)) $(TIMESTAMP_FILE) $(VERSION_FILE) gdbtools \

updater env depend dep tags ctags etags cscope $(obj)System.map:

       @echo "System not configured - see README" >&2

       @ exit 1

... ...

endif      # config.mk

若include/config.mk 文件存在,则$(wildcard $(obj)include/config.mk) 命令执行的结果是“$(obj)include/config.mk”展开的字符串,否则结果为空。由于include/config.mk是“make <board_name>_config”命令执行过程生成的,若从没有执行过“make <board_name>_config”命令则include/config.mk必然不存在。因此Make就执行else分支的代码,在输出“System not configured - see README”的信息后就返回了。

下面再来分析“make all”命令正常执行的过程,在Makefile中有如下代码:

(1)include/autoconf.mk生成过程

# Include autoconf.mk before config.mk so that the config options are available

# to all top level build files.  We need the dummy all: target to prevent the

# dependency target in autoconf.mk.dep from being the default.

all:

sinclude $(obj)include/autoconf.mk.dep

sinclude $(obj)include/autoconf.mk

include/autoconf.mk文件中是与开发板相关的一些宏定义,在Makefile执行过程中需要根据某些宏来确定执行哪些操作。下面简要分析include/autoconf.mk生成的过程,include/autoconf.mk生成的规则如下:

##见u-boot-2010.03版

# Auto-generate the autoconf.mk file (which is included by all makefiles)

#

# This target actually generates 2 files; autoconf.mk and autoconf.mk.dep.

# the dep file is only include in this top level makefile to determine when

# to regenerate the autoconf.mk file.

$(obj)include/autoconf.mk.dep: $(obj)include/config.h include/common.h

 @$(XECHO) Generating $@ ; \

 set -e ; \

 : Generate the dependancies ; \

 $(CC) -x c -DDO_DEPS_ONLY -M $(HOSTCFLAGS) $(CPPFLAGS) \

  -MQ $(obj)include/autoconf.mk include/common.h > $@

$(obj)include/autoconf.mk: $(obj)include/config.h

 @$(XECHO) Generating $@ ; \

 set -e ; \

 : Extract the config macros ; \

 $(CPP) $(CFLAGS) -DDO_DEPS_ONLY -dM include/common.h | \

 sed -n -f tools/scripts/define2mk.sed > $@.tmp && \

 mv $@.tmp $@

include/autoconf.mk依赖于make <board_name>_config 命令生成的include/config.h。因此执行make <board_name>_config命令后再执行make all将更新include/autoconf.mk。

编译选项“-dM”的作用是输出include/common.h中定义的所有宏。根据上面的规则,编译器提取include/common.h中定义的宏,然后输出给tools/scripts/define2mk.sed脚本处理,处理的结果就是include/autoconf.mk文件。其中tools/scripts/define2mk.sed脚本的主要完成了在include/common.h中查找和处理以“CONFIG_”开头的宏定义的功能。

include/common.h文件包含了include/config.h文件,而include/config.h文件又包含了config_defaults.h,configs/smdk2410.h,asm/config.h文件。因此include/autoconf.mk实质上就是config_defaults.h,configs/smdk2410.h,asm/config.h三个文件中“CONFIG_”开头的有效的宏定义的集合,对于smdk2410板,在smdk2410.h中定义一些宏或者选项,用来定义网卡,波特率,IP地址,子网掩码,选择处理器、设备接口、命令、属性等,主要用来决定是否编译某些文件或者函数。
      #define CONFIG_DRIVER_CS8900 1              /* we have a CS8900 on-board */
       #define CONFIG_BAUDRATE        115200
       #define CONFIG_NETMASK          255.255.255.0
       #define CONFIG_ARM920T        1    /* This is an ARM920T Core    */
       #define CONFIG_RTC_S3C24X0    1
       #define CONFIG_CMD_ELF

... ...

通过这样,uboot可以自动得到一个模块选择的配置功能。如果我们需要添加什么定义或者功能,也可以在相应的头文件中加入定义实现。

下面接着分析Makefile的执行。

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration

include $(obj)include/config.mk

export    ARCH CPU BOARD VENDOR SOC

将make smdk2410_config命令生成的include/config.mk包含进来。

# 若主机架构与开发板结构相同,就使用主机的编译器,而不是交叉编译器

# set default to nothing for native builds

ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))

CROSS_COMPILE ?=

endif

若主机与目标机器体系架构相同,则使用gcc编译器而不是交叉编译器。

# load other configuration

include $(TOPDIR)/config.mk

最后将U-Boot顶层目录下的config.mk文件包含进来,该文件包含了对编译的一些设置。下面对U-Boot顶层目录下的config.mk文件进行分析:

(2)config.mk文件执行过程

【1】设置obj与src

在U-Boot顶层目录下的config.mk文件中有如下代码:

ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE))

ifeq ($(CURDIR),$(SRCTREE))

dir :=

else

dir := $(subst $(SRCTREE)/,,$(CURDIR))

endif 

obj := $(if $(dir),$(OBJTREE)/$(dir)/,$(OBJTREE)/)

src := $(if $(dir),$(SRCTREE)/$(dir)/,$(SRCTREE)/) 

$(shell mkdir -p $(obj))

else

obj :=

src :=

endif

由于目标输出到源代码目录下,因此执行完上面的代码后,src和obj都是空。

【2】设置编译选项

PLATFORM_RELFLAGS =

PLATFORM_CPPFLAGS =          #编译选项

PLATFORM_LDFLAGS =           #连接选项

用这3个变量表示交叉编译器的编译选项,在后面Make会检查交叉编译器支持的编译选项,然后将适当的选项添加到这3个变量中。

#

# Option checker (courtesy linux kernel) to ensure

# only supported compiler options are used

#

cc-option = $(shell if $(CC) $(CFLAGS) $(1) -S -o /dev/null -xc /dev/null \

              > /dev/null 2>&1; then echo "$(1)"; else echo "$(2)"; fi ;)

变量CC和CFLAGS在后面的代码定义为延时变量,其中的CC即arm-linux-gcc。函数cc-option用于检查编译器CC是否支持某选项。将2个选项作为参数传递给cc-option函数,该函数调用CC编译器检查参数1是否支持,若支持则函数返回参数1,否则返回参数2 (因此CC编译器必须支持参数1或参数2,若两个都不支持则会编译出错)。可以像下面这样调用cc-option函数,并将支持的选项添加到FLAGS中:

FLAGS +=$(call cc-option,option1,option2)

【3】指定交叉编译工具

#

# 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

LDR      = $(CROSS_COMPILE)ldr

STRIP   = $(CROSS_COMPILE)strip

OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy

OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump

RANLIB      = $(CROSS_COMPILE)RANLIB

对于arm开发板,其中的CROSS_COMPILElib_arm/config.mk文件中定义:

CROSS_COMPILE ?= arm-linux-

因此以上代码指定了使用前缀为“arm-linux-”的编译工具,即arm-linux-gcc,arm-linux-ld等等。

【4】包含与开发板相关的配置文件

# Load generated board configuration

sinclude $(OBJTREE)/include/autoconf.mk

ifdef      ARCH

sinclude $(TOPDIR)/lib_$(ARCH)/config.mk   # include architecture dependend rules

endif

$(ARCH)的值是“arm”,因此将“lib_arm/config.mk”包含进来。lib_arm/config.mk脚本指定了交叉编译器,添加了一些跟CPU架构相关的编译选项,最后还指定了cpu/arm920t/u-boot.lds为U-Boot的连接脚本。

ifdef      CPU

sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk             # include  CPU specific rules

endif

$(CPU)的值是“arm920t”,因此将“cpu/arm920t/config.mk”包含进来。这个脚本主要设定了跟arm920t处理器相关的编译选项。

ifdef      SOC

sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk       # include  SoC  specific rules

endif

$(SOC)的值是s3c24x0,因此Make程序尝试将cpu/arm920t/s3c24x0/config.mk包含进来,而这个文件并不存在,但是由于用的是“sinclude”命令,所以并不会报错。

ifdef      VENDOR

BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)

else

BOARDDIR = $(BOARD)

endif

$(BOARD)的值是smdk2410,VENDOR的值是samsung,因此BOARDDIR的值是samsung/smdk2410。BOARDDIR变量表示开发板特有的代码所在的目录。

ifdef      BOARD

sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk   # include board specific rules

endif

Make将“board/samsung/mdk2410/config.mk”包含进来。该脚本只有如下的一行代码:

TEXT_BASE = 0x33F80000

U-Boot编译时将使用TEXT_BASE作为代码段连接的起始地址。代码仍在顶层目录下的config.mk文件中

LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS)

ifneq ($(TEXT_BASE),)

LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE)

endif

执行完以上代码后,LDFLAGS中包含了“-Bstatic -T u-boot.lds ”和“-Ttext 0x33F80000”的字样。

【5】指定隐含的编译规则

# Allow boards to use custom optimize flags on a per dir/file basis

BCURDIR := $(notdir $(CURDIR))

$(obj)%.s:     %.S

       $(CPP) $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $<

$(obj)%.o:    %.S

       $(CC)  $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.o:    %.c

       $(CC)  $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.i:     %.c

       $(CPP) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c

$(obj)%.s:     %.c

       $(CC)  $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c -S

例如:根据以上的定义,以“.s”结尾的目标文件将根据第一条规则由同名但后缀为“.S”的源文件来生成,若不存在“.S”结尾的同名文件则根据最后一条规则由同名的“.c”文件生成。

下面回到Makefile中接着分析Makefile的内容:

# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)

OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o

… …

LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a

ifdef SOC

LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a

endif

ifeq ($(CPU),ixp)

LIBS += cpu/ixp/npe/libnpe.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 fs/yaffs2/libyaffs2.a \

       fs/ubifs/libubifs.a

… …

LIBS += common/libcommon.a

LIBS += libfdt/libfdt.a

LIBS += api/libapi.a

LIBS += post/libpost.a 

LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))

LIBS变量指明了U-Boot需要的库文件,包括平台/开发板相关的目录、通用目录下相应的库,都通过相应的子目录编译得到的。

 对于smdk2410开发板,以上跟平台相关的有以下几个:

cpu/$(CPU)/start.o

board/$(VENDOR)/common/lib$(VENDOR).a

cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a

cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a

lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a

其余都是与平台无关的。

… …

ifeq ($(CONFIG_NAND_U_BOOT),y)

NAND_SPL = nand_spl

U_BOOT_NAND = $(obj)u-boot-nand.bin

endif 

ifeq ($(CONFIG_ONENAND_U_BOOT),y)

ONENAND_IPL = onenand_ipl

U_BOOT_ONENAND = $(obj)u-boot-onenand.bin

ONENAND_BIN ?= $(obj)onenand_ipl/onenand-ipl-2k.bin

endif

对于有的开发板,U-Boot支持在NAND Flash启动,这些开发板的配置文件定义了CONFIG_NAND_U_BOOT,CONFIG_ONENAND_U_BOOT。对于s3c2440,U-Boot原始代码并不支持NAND Flash启动,因此也没有定义这两个宏。

# Always append ALL so that arch config.mk's can add custom ones

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

all:         $(ALL)

其中U_BOOT_NAND与U_BOOT_ONENAND 为空,而u-boot.srec,u-boot.bin,System.map都依赖与u-boot。因此执行“make all”命令将生成u-boot,u-boot.srec,u-boot.bin,System.map 。其中u-boot是ELF文件,u-boot.srec是Motorola S-Record format文件,System.map 是U-Boot的符号表,u-boot.bin是最终烧写到开发板的二进制可执行的文件。

下面再来分析u-boot.bin文件生成的过程。ELF格式“u-boot”文件生成规则如下:

$(obj)u-boot:       depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds

              $(GEN_UBOOT)

ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)

              smap=`$(call SYSTEM_MAP,u-boot) | \

                     awk '$$2 ~ /[tTwW]/ {printf $$1 $$3 "\\\\000"}'` ; \

              $(CC) $(CFLAGS) -DSYSTEM_MAP="\"$${smap}\"" \

                     -c common/system_map.c -o $(obj)common/system_map.o

              $(GEN_UBOOT) $(obj)common/system_map.o

endif

这里生成的$(obj)u-boot目标就是ELF格式的U-Boot文件了。由于CONFIG_KALLSYMS未定义,因此ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)与endif间的代码不起作用。

其中depend,$(SUBDIRS),$(OBJS),$(LIBBOARD),$(LIBS),$(LDSCRIPT), $(obj)u-boot.lds是$(obj)u-boot的依赖,而$(GEN_UBOOT)是编译命令。

下面分析$(obj)u-boot的各个依赖:

【1】依赖目标depend

# Explicitly make _depend in subdirs containing multiple targets to prevent

# parallel sub-makes creating .depend files simultaneously. 

depend dep: $(TIMESTAMP_FILE) $(VERSION_FILE) $(obj)include/autoconf.mk

              for dir in $(SUBDIRS) cpu/$(CPU) $(dir $(LDSCRIPT)) ; do \

                     $(MAKE) -C $$dir _depend ; done

对于$(SUBDIRS),cpu/$(CPU),$(dir $(LDSCRIPT))中的每个元素都进入该目录执行“make _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。

【2】SUBDIRS依赖

 SUBDIRS    = tools \   #需要用户指定

         examples/standalone \

         examples/api

 $(SUBDIRS):     depend

                     $(MAKE) -C $@ all

执行tools ,examples/standalone ,examples/api目录下的Makefile。

【3】OBJS依赖

 OBJS的值是“cpu/arm920t/start.o”。它使用如下代码编译得到:

$(OBJS):      depend

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

 以上规则表明,对于OBJS包含的每个成员,都进入cpu/$(CPU)目录(即cpu/arm920t)编译它们。

【4】LIBBOARD依赖

LIBBOARD = board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a

LIBBOARD := $(addprefix $(obj),$(LIBBOARD))

… …

$(LIBBOARD): depend $(LIBS)

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

 这里LIBBOARD的值是 $(obj)board/samsung/smdk2410/libsmdk2410.a。make执行board/samsung/smdk2410/目录下的Makefile,生成libsmdk2410.a 。

【5】LIBS依赖

 LIBS变量中的每个元素使用如下的规则编译得到:

$(LIBS):       depend $(SUBDIRS)

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

上面的规则表明,对于LIBS中的每个成员,都进入相应的子目录执行“make”命令编译它们。例如对于LIBS中的“common/libcommon.a”成员,程序将进入common目录执行Makefile,生成libcommon.a 。

【6】LDSCRIPT依赖

LDSCRIPT := $(SRCTREE)/cpu/$(CPU)/u-boot.lds

… …

$(LDSCRIPT):   depend

              $(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)

“$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)”命令经过变量替换后就是“make -C cpu/arm920t/  u-boot.lds”。也就是转到cpu/arm920t/目录下,执行“make u-boot.lds”命令。

【7】$(obj)u-boot.lds依赖

$(obj)u-boot.lds: $(LDSCRIPT)

              $(CPP) $(CPPFLAGS) $(LDPPFLAGS) -ansi -D__ASSEMBLY__ -P - <$^ >$@

以上执行结果实质上是将cpu/arm920t/u-boot.lds经编译器简单预处理后输出到U-Boot顶层目录下的u-boot.lds文件。其中的cpu/arm920t/u-boot.lds文件内容如下:

/* 输出为ELF文件,小端方式, */

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")

OUTPUT_ARCH(arm)   

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

       . = 0x00000000;

       . = ALIGN(4);

       .text :

       {

                /* cpu/arm920t/start.o放在最前面,保证最先执行的是start.o */

              cpu/arm920t/start.o    (.text)

/*以下2个文件,是u-boot移植添加而时生成的,u-boot官方源码中是没有的,必须放在前4K,因此也放在前面,其中board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o 包含内存初始化所需代码,而 board/samsung/mini2440/nand_read.o 包含U-Boot从NAND Flash搬运自身的代码 */

                board/samsung/mini2440/lowlevel_init.o (.text)

                board/samsung/mini2440/nand_read.o (.text)

/* 其他文件的代码段 */

              *(.text)

       }

/* 只读数据段 */

       . = ALIGN(4);

       .rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.rodata*))) } 

/* 代码段 */

       . = ALIGN(4);

       .data : { *(.data) }

/* u-boot自定义的got段 */

       . = ALIGN(4);

       .got : { *(.got) }

       . = .;

       __u_boot_cmd_start = .;          /*将 __u_boot_cmd_start指定为当前地址 */

       .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }             /* 存放所有U-Boot命令对应的cmd_tbl_t结构体 */

       __u_boot_cmd_end = .;           /*  将__u_boot_cmd_end指定为当前地址  */ 

/* bss段 */

       . = ALIGN(4);

       __bss_start = .;

       .bss (NOLOAD) : { *(.bss) . = ALIGN(4); }

       _end = .;              /*  将_end指定为当前地址  */

}

u-boot.lds实质上是U-Boot连接脚本。对于生成的U-Boot编译生成的“u-boot”文件,可以使用objdump命令可以查看它的分段信息(在终端中操作):

$  objdump -x u-boot | more

部分输出信息如下:

u-boot:     file format elf32-little

u-boot

architecture: UNKNOWN!, flags 0x00000112:

EXEC_P, HAS_SYMS, D_PAGED

start address 0x33f80000

Program Header:

    LOAD off    0x00008000 vaddr 0x33f80000 paddr 0x33f80000 align 2**15

         filesz 0x0002f99c memsz 0x00072c94 flags rwx

   STACK off    0x00000000 vaddr 0x00000000 paddr 0x00000000 align 2**2

         filesz 0x00000000 memsz 0x00000000 flags rwx

Sections:

Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn

  0 .text         00024f50  33f80000  33f80000  00008000  2**5

                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE

  1 .rodata       00008b78  33fa4f50  33fa4f50  0002cf50  2**3

                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA

  2 .data         00001964  33fadac8  33fadac8  00035ac8  2**2

                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA

  3 .u_boot_cmd   00000570  33faf42c  33faf42c  0003742c  2**2

                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA

  4 .bss          00043294  33fafa00  33fafa00  0003799c  2**8

                  ALLOC

… …

u-boot.lds还跟U-Boot启动阶段复制代码到RAM空间的过程以及U-Boot命令执行过程密切相关,具体请结合U-Boot源代码理解。

编译命令GEN_UBOOT

GEN_UBOOT = \

              UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \

              sed  -n -e 's/.*\($(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*\)/-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

以上命令使用$(LDFLAGS)作为连接脚本,最终生成“u-boot”文件。

u-boot.bin文件生成过程

生成u-boot.bin文件的规则如下:

$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot

              $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@

从U-Boot编译输出信息中可以知道上面的命令实质上展开为:

arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O binary u-boot u-boot.bin

编译命令中的“-O binary”选项指定了输出的文件为二进制文件。而“--gap-fill=0xff”选项指定使用“0xff”填充段与段间的空闲区域。这条编译命令实现了ELF格式的U-Boot文件到BIN格式的转换。

System.map文件的生成

System.map是U-Boot的符号表,它包含了U-Boot的全局变量和函数的地址信息。将System.map生成的规则如下:

SYSTEM_MAP = \

              $(NM) $1 | \

              grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aUw] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)' | \

              LC_ALL=C sort

$(obj)System.map:     $(obj)u-boot

              @$(call SYSTEM_MAP,$<) > $(obj)System.map

arm-linux-nm u-boot | grep -v '\(compiled\)\|\(\.o$$\)\|\( [aUw] \)\|\(\.\.ng$$\)\|\(LASH[RL]DI\)' | LC_ALL=C sort  > System.map

也就是将arm-linux-nm命令查看u-boot的输出信息经过过滤和排序后输出到System.map。为了了解System.map文件的作用,打开System.map:

33f80000 T _start

33f80020 t _undefined_instruction

33f80024 t _software_interrupt

33f80028 t _prefetch_abort

33f8002c t _data_abort

33f80030 t _not_used

33f80034 t _irq

33f80038 t _fiq

33f80040 t _TEXT_BASE

33f80044 T _armboot_start

33f80048 T _bss_start

33f8004c T _bss_end

… …

System.map表示的是地址标号到该标号表示的地址的一个映射关系。System.map每一行的格式都是“addr type name”,addr是标号对应的地址值,name是标号名,type表示标号的类型。

U-Boot的编译和运行并不一定要生成System.map,这个文件主要是提供给用户或外部程序调试时使用的。

参考文章

http://blog.csdn.net/evilcode/archive/2010/06/28/5699438.aspx

http://blog.mcuol.com/User/lvembededsys/Article/4355_1.htm
 

 

 

  

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