U-Boot源碼分析之Makefile

    之前用過兩個版本u-boot，分析過它的Start.S檔案(PowerPC、ARM)原始碼，也移植過內部的各部分硬體驅動及組件(串口、I2C、SPI、Flash檔案系統、USB、DMA等)源碼，自我感覺比較熟悉了。但最近逛CSDN論壇發現有不少人在問U-Boot中的Makefile的一些參數含義及配置方法，這才覺得忽視了U-Boot源碼中最重要的召集人。正好，又在ChinaUnix上看見了一篇http://blog.chinaunix.net/u3/90973/showart_1815948.html，解析的是1.1.6版本，2410平台的Makefile。參考了一下，這裡分析2011.6版，FreeScale的mpc83xx系列處理器平台。

    u-boot的原始碼包含了對幾十種處理器、數百種開發板的支援，可是對於特定的開發板，配置編譯過程只需要其中部分程式。這裡就需要用到Makefile了。
編譯
    以mpc8313erdb板為例，編譯的過程分兩部：
# make mpc8313erdb_config
# make
頂層Makefile分析
    要瞭解一個LINUX工程的結構必須看懂Makefile，尤其是頂層的，沒辦法，UNIX世界就是這麼無奈，什麼東西都用文檔去管理、配置。還是以mpc8313為例，順序分析Makefile大致的流程及結構如下：
    1) Makefile中定義了源碼及產生的目標檔案存放的目錄,目標檔案存放目錄BUILD＿DIR可以通過make O=dir或者export BUILD_DIR=dir兩種方式指定。如果沒有指定，則設定為源碼的根目錄，一般編譯的時候都建議指定輸出目錄，這樣可以不影響其他的源碼結構，便於管理，至於它的控制流程程，每一步指令都有詳細注釋，感興趣的可以看一下，再看下其它目錄變數的定義：

OBJTREE和LNDIR為存放組建檔案的目錄，TOPDIR與SRCTREE為源碼所在目錄
OBJTREE  := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE  := $(CURDIR)
TOPDIR  := $(SRCTREE)
LNDIR  := $(OBJTREE)
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE
    2）定義變數MKCONFIG：這個變數指向一個指令碼，即頂層目錄的mkconfig。
MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG
    在編譯U-BOOT之前，先要執行
#make mpc8313erdb_33_config(u-boot中有兩種主頻的8313處理器，所以也要添加配置)
mpc8313erdb_33_config是Makefile的一個目標，定義如下：
mpc8313erdb_33_config : unconfig
@$(MKCONFIG) -a MPC8313ERDB ppc mpc8313 mpc8313erdb freescale
unconfig::
@mkdir -p $(obj)include

    @if [ "$(findstring _33_,$@)" ] ; then \

        $(XECHO) -n "...33M ..." ; \

        echo "#define CFG_33MHZ" >>$(obj)include/config.h ; \

    fi ; \

    if [ "$(findstring _66_,$@)" ] ; then \

        $(XECHO) -n "...66M..." ; \

        echo "#define CFG_66MHZ" >>$(obj)include/config.h ; \

    fi ;

    顯然，在執行# make mpc8313erdb_33__config時，先執行unconfig目標，注意不指定輸出目標時，obj，src變數均為空白，unconfig下面的命令清理上一次執行make *_config時產生的標頭檔和makefile的包含檔案。主要是include/config.h和include/config.tmp檔案。
    然後才執行命令@$(MKCONFIG) -a MPC8313ERDB ppc mpc8313 mpc8313erdb freescale
MKCONFIG 是頂層目錄下的mkcofig指令檔，後面五個是傳入的參數。
    對於mpc8313erdb_33_config而言，mkconfig主要做三件事：
在include檔案夾下建立相應的檔案（夾）軟串連，如果是PowerPC體系將執行以下操作：
#ln -s     asm-ppc        asm   
#ln -s  arch-mpc8313erdb    asm-ppc

產生Makefile包含檔案include/config.mk，內容很簡單，定義了四個變數：
ARCH   = ppc
CPU    = mpc83xx
BOARD  = mpc8313erdb

VENDOR = freescale
產生include/config.h標頭檔，只有一行：
/* Automatically generated - do not edit */
#include "config/ mpc8313erdb.h"

mkconfig指令檔的執行至此結束，繼續分析Makefile剩下部分。
    3）包含include/config.mk，其實也就相當於在Makefile裡定義了上面四個變數而已。
    4) 指定交叉編譯器首碼：
ifeq ($(ARCH),ppc)#這雷根據ARCH變數，指定編譯器首碼。
CROSS_COMPILE = ppc-8xx-
endif
    5)包含config.mk:
#包含頂層目錄下的config.mk，這個檔案裡面主要定義了交叉編譯器及選項和編譯規則
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk
    下面分析config.mk的內容：
＠包含體系，開發板，CPU特定的規則檔案：
ifdef ARCH　#指定先行編譯體繫結構選項
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules
endif
ifdef CPU #定義編譯時間對齊，浮點等選項
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include  CPU specific rules
endif
ifdef SOC #沒有這個檔案
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include  SoC specific rules
endif
ifdef BOARD　#指定特定板子的鏡像串連時的記憶體基地址，重要！
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules
endif
＠定義交叉編譯鏈工具
# 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
＠定義AR選項ARFLAGS，調試選項DBGFLAGS，最佳化選項OPTFLAGS
　預先處理選項CPPFLAGS，C編譯器選項CFLAGS，串連選項LDFLAGS
　LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)　

指定了起始地址TEXT_BASE
＠指定編譯規則：
$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $
回到頂層makefile檔案：
6）U-boot需要的目標檔案。
OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o # 順序很重要，start.o必須放第一位

OBJS := $(addprefix $(obj),$(OBJS))
    7）需要的庫檔案：
LIBS  = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += $(shell if [ -f board/$(VENDOR)/common/Makefile ]; then echo \

    "board/$(VENDOR)/common/lib$(VENDOR).a"; fi) 上面的意思是根據廠商選擇編譯通用檔案，這裡為freescale
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
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 += drivers/bios_emulator/libatibiosemu.a

LIBS += drivers/block/libblock.a

LIBS += drivers/dma/libdma.a

LIBS += drivers/hwmon/libhwmon.a

LIBS += drivers/i2c/libi2c.a

LIBS += drivers/input/libinput.a

LIBS += drivers/misc/libmisc.a

LIBS += drivers/mmc/libmmc.a

LIBS += drivers/mtd/libmtd.a

LIBS += drivers/mtd/nand/libnand.a

LIBS += drivers/mtd/nand_legacy/libnand_legacy.a

LIBS += drivers/mtd/onenand/libonenand.a

LIBS += drivers/mtd/spi/libspi_flash.a

LIBS += drivers/net/libnet.a

LIBS += drivers/net/sk98lin/libsk98lin.a

LIBS += drivers/pci/libpci.a

LIBS += drivers/pcmcia/libpcmcia.a

LIBS += drivers/spi/libspi.a

ifeq ($(CPU),mpc83xx)

LIBS += drivers/qe/qe.a

endif
LIBS += drivers/rtc/librtc.a

LIBS += drivers/serial/libserial.a

LIBS += drivers/usb/libusb.a

LIBS += drivers/video/libvideo.a

LIBS += common/libcommon.a

LIBS += libfdt/libfdt.a

LIBS += api/libapi.a

LIBS += post/libpost.a

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

.PHONY : $(LIBS) $(VERSION_FILE)

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

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

根據上面的include/config.mk檔案定義的ARCH、CPU、BOARD、SOC這些變數。硬體平台依賴的目錄檔案可以根據這些定義來確定。
    8）最終產生的各種鏡像檔案：
ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND) $(U_BOOT_ONENAND)
all:  $(ALL)
$(obj) u-boot.bin:  $(obj)u-boot

        $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
分析一下最關鍵的u-boot ELF檔案鏡像的產生：

依賴目標depend :產生各個子目錄的.depend檔案，.depend列出每個目標檔案的依賴檔案。產生方法，調用每個子目錄的make _depend。
depend dep: $(VERSION_FILE)

for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done
@依賴目標version：產生版本資訊到版本檔案VERSION_FILE中。
$(VERSION_FILE):

@( printf '#define U_BOOT_VERSION "U-Boot %s%s"\n' "$(U_BOOT_VERSION)" \

'$(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/tools/setlocalversion $(TOPDIR))' \

) > $@.tmp

@cmp -s $@ $@.tmp && rm -f $@.tmp || mv -f $@.tmp $@
@偽目標SUBDIRS: 執行tools ,examples ,post,post\cpu 子目錄下面的make檔案。
SUBDIRS = tools \
   examples \
   post \
   post/cpu
.PHONY : $(SUBDIRS)
$(SUBDIRS):
  $(MAKE) -C $@ all
@依賴目標$(OBJS)，即cpu/start.o
$(OBJS):
  $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))
@依賴目標$(LIBS)，這個目標太多，都是每個子目錄的庫檔案*.a ，通過執行相應子目錄下的make來完成：
$(LIBS):
  $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
@依賴目標$(LDSCRIPT)：
$(LDSCRIPT): depend $(obj)include/autoconf.mk

$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
對於mpc8313,LDSCRIPT即串連指令檔是board/freescale/mpc8313erdb/u-boot.lds，定義了串連時各個目標檔案是如何組織的。

@執行串連命令：
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
   --start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
   -Map u-boot.map -o u-boot
其實就是把start.o和各個子目錄makefile產生的庫檔案按照LDFLAGS串連在一起，產生ELF檔案u-boot 和串連時記憶體配置圖檔案u-boot.map。

9)對於各子目錄的makefile檔案，主要是產生*.o檔案然後執行AR產生對應的庫檔案。如lib_generic檔案夾Makefile：
LIB = $(obj)libgeneric.a
COBJS = bzlib.o bzlib_crctable.o bzlib_decompress.o \
   bzlib_randtable.o bzlib_huffman.o \
   crc32.o ctype.o display_options.o ldiv.o \
   string.o vsprintf.o zlib.o
SRCS  := $(COBJS:.o=.c)
OBJS := $(addprefix $(obj),$(COBJS))
$(LIB): $(obj).depend $(OBJS) #項層Makefile執行make libgeneric.a
$(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)
    整個makefile剩下的內容全部是各種不同的開發板的*_config:目標的定義了。
    概括起來，工程的編譯流程也就是通過執行執行一個make *_config傳入ARCH，CPU，BOARD，VENDOR參數，mkconfig根據參數將include標頭檔夾相應的標頭檔夾串連好，產生config.h。然後執行make分別調用各子目錄的makefile 產生所有的obj檔案和obj庫檔案*.a，最後串連所有目標檔案，產生鏡像。不同格式的鏡像都是調用相應工具由elf鏡像直接或者間接產生的。
    剩下的工作就是分析U-Boot原始碼了，有興趣的可以看下我對Start.S分析的文章。