NuttX編譯系統

NuttX 編譯系統1 簡介NuttX 是通過 Makefile 檔案組織編譯的。Makefile 檔案描述了整個 NuttX 工程的編譯、連結等規則，告訴 make 要編譯哪些檔案、怎樣編譯以及在什麼條件下編譯。NuttX 沒有使用 Autoconf、 Automake、 CMake、 SCons 等自動化編譯工具，它的 Makefile 檔案完全由手工編寫，比那些自動化編譯工具所使用的編譯檔案更容易閱讀，更容易理解軟體的編譯過程。正應了那句話：試圖用一種方法使事情變得簡單，結果卻使事情變得更複雜。2 Makefile 檔案組織圖nuttx/Makefile: 頂層 Makefile 檔案，內容很簡單，根據主機環境，條件包含 Makefile.unix 或 Makefile.win。nuttx/Makefile.unix：Linux 環境下的 Makefile 檔案。nuttx/Makefile.win：Windows 環境下的 Makefile 檔案。nuttx/Make.defs：從 nuttx/config/<板卡>/<目標配置>/Make.defs 複製而來。各級子目錄下的 Makefile、 Make.defs 和 Make.dep。3 Makefile 檔案包含樹（頂層目錄是 nuttx）

`        |<--.config         |         |                 |<--.config         |                 |<--tools/Config.mk         |<--Makefile.unix-|Makefile-|                 |             |<--.config         |                 |<--Make.defs-|<--tools/Config.mk         |                               |<--arch/arm/src/armv7-m/Toolchain.defs         |         |<--Makefile.win-（略）

可以看出，《nuttx 配置系統》中所產生的 .config 檔案被包含在 Makefile 檔案中。

各級子目錄下的 Makefile、 Make.defs 和 Make.dep 並不是通過 include 包含的，而是在執行 Makefile 檔案中的 make 命令時調用的。4 構建目標和選項4.1 構建目標：以下是在頂層 Makefile 檔案中可用的構建目標的概述：

all
預設目標，按已選擇的輸出格式構建 NuttX 可執行檔。

clean
移除派生對象檔案、靜態庫檔案、可執行檔和臨時檔案，但保留配置和內容相關的檔案和目錄。還保留 Make.dep 檔案。

distclean
除了完成 “clean” 的工作之外，還包括移除所有配置和內容相關的檔案。本質是將目錄結構還原為其原始的、未配置的狀態。4.2 應用程式內務處理目標APPDIR 變數引用使用者應用程式目錄。如 NuttX 包含的 app/ 目錄，然而，這不被看作是 NuttX 的一部分，可以被一個不同的應用程式目錄替代。在大多數情況下，應用程式目錄在 Makefile 指令碼中被看作像任何其它構建目錄。但是，為方便起見，包含了以下目標，以支援從 NuttX 構建目錄處理使用者應用程式目錄中的內務處理功能。

apps_clean
僅對使用者應用程式目錄執行 clean 操作。

apps_distclean
僅對使用者應用程式目錄執行 distclean 操作。 apps/.config 檔案被保留，所以這不是一個完全的 distclean，但多於配置複位。

export
export 目標將打包 NuttX 庫和標頭檔到可輸出包。注意事項：(1) 需要對 KERNEL 構建做一些擴充。 (2) tools/mkexport.sh 中的邏輯只支援 GCC，例如，顯式地假定靜態庫產生器為“ar”。

download
這是一個助手目標，它將重建 NuttX 並將其下載到目標系統，只需一步。此目標的操作完全依賴於使用者 Make.defs 檔案中的 DOWNLOAD 命令的實現。如果未定義 DOWNLOAD 命令，它將產生一個錯誤。4.3 內部目標以下目標是由 make 邏輯內部使用的，但如果有必要，可以在某些條件下從命令列調用。

depend
建立構建依賴關係，產生 Make.dep 檔案和 .depend 檔案。（注意：當前在使用 Windows 本地工具鏈的 Cygwin 下不支援構建依賴關係）

context
在每次目標構建時調用 context 目標以確保正確配置了 NuttX。基本配置步驟包括在 include/nuttx 目錄中建立 config.h 和 version.h 標頭檔，建立連結到配置目錄的符號連結。

clean_context
這是 distclean 目標的一部分。它移除由 context 目標建立的所有標頭檔和符號連結。4.4 構建選項當然，任何 make 變數的值都可以從命令列覆蓋。然而，有一個特殊的變數賦值選項可能對你非常有用：

V=1

這是產生詳細資訊層級標誌。如果你在命令列上指定 V=1，你將在構建時看到所使用的確切命令。當添加新的板卡或追蹤編譯時間錯誤和警告時可能非常有用。5 all 目標依賴樹

`                          |<--pass1dep-|<----------------------------------------╮             |<--pass1deps-|            |<--tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)             |             |     |       |                                                      |             |  ╭--╯       |<--$(USERLIBS)（平面構建時為空白)                          |             |  |                                                                 |             |  |           |<--pass2dep-|<---------------------------------------|             |<---pass2deps-|            |<--tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)            |             |  |  |        |                                                     |             |  |  |        |<--$(NUTTXLIBS)（與配置有關）<--╮                       |             |  |  |                                      |                       |             |  |  |  ╭-----------------------------------╯                       |             |  |  |  |                                                           |             |  |  |  |<--lib/libsched$(LIBEXT)<--sched/libsched$(LIBEXT)<--------|             |  |  |  |<--lib/libc$(LIBEXT)<--libc/libc$(LIBEXT)<-----------------|             |  |  |  |<--lib/libmm$(LIBEXT)<--mm/libmm$(LIBEXT)<-----------------|all<--$(BIN)-|  |  |  |<--lib/libarch$(LIBEXT)<--$(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT)<----|             |  |  |  |<--lib/libcxx$(LIBEXT)<--libxx/libcxx$(LIBEXT)<------------|             |  |  |  |<--lib/libapps$(LIBEXT)<--$(APPDIR)/libapps$(LIBEXT)<------|             |  |  |  |<--lib/libnet$(LIBEXT)<--net/libnet$(LIBEXT)<--------------|             |  |  |  |<--lib/libfs$(LIBEXT)<--fs/libfs$(LIBEXT)<-----------------|             |  |  |  |<--lib/libdrivers$(LIBEXT)<--drivers/libdrivers$(LIBEXT)<--|             |  |  |  |<--lib/libbinfmt$(LIBEXT)<--binfmt/libbinfmt$(LIBEXT)<-----|             |  |  |                                                              |             |  |  ╰---------╮                                                    |             |  |            |                                                    |             |  ╰--------╮   |                                                    |             |           |   |                                                    |             |<--pass1<--╯   |                                                    |             |               |                                                    |             |<--pass2<------╯                                                    |                                                                                  |      ╭---------------------------------------------------------------------------╯      |      |           |<--check_context      |           |      |           |<--include/nuttx/config.h-|<--$(TOPDIR)/.config      |           |                          |<--tools/mkconfig$(HOSTEXEEXT)      |           |      |           |<--include/nuttx/version.h-|<--$(TOPDIR)/.version      |           |                           |<--tools/mkversion$(HOSTEXEEXT)      |           |      |<--context-|<--include/math.h<--include/nuttx/math.h                  |<--include/float.h<--include/nuttx/float.h                  |<--include/stdarg.h<--include/nuttx/stdarg.h                  |                  |            |<--include/arch<-Make.defs                  |            |                  |            |<--include/arch/board-|<--include/arch<--Make.defs                  |            |                      |<--Make.defs                  |            |                  |<--dirlinks-|<--include/arch/chip-|<--include/arch<--Make.defs                               |                     |<--Make.defs                               |                               |<--$(ARCH_SRC)/board<--Make.defs                               |<--$(ARCH_SRC)/chip<--Make.defs                               |<--include/apps<--Make.defs

6 all 目標編譯過程6.1 context 目標因為 all 目標是預設目標，所以執行無參數的 make 命令即為編譯 all 目標，首先會嘗試編譯 context 目標，其中,根據 .config 檔案產生 config.h，有許多 C 檔案包含了 config.h，以獲得使用者配置。注意其中的2個目錄軟連結，下文會用到：

$(ARCH_SRC)/board：
將 nuttx/configs/shenzhou/src 目錄連結到 nuttx/arch/arm/src/board 目錄。

$(ARCH_SRC)/chip：
將 nuttx/arch/arm/src/stm32 目錄連結到 nuttx/arch/arm/src/chip 目錄。

但是因為在安裝 buildroot 時已經執行過一次 make context，而且執行 make clean 也不會刪除 context 目標所產生的檔案，所以這一步沒做任何事。6.2 pass1dep 目標

pass1dep: context tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)        $(Q) for dir in $(USERDEPDIRS) ; do \                $(MAKE) -C $$dir TOPDIR="$(TOPDIR)" depend ; \        done

平面構建是指將 NuttX 編譯成單個二進位檔案，構建的所有組件位於相同的地址空間，所有組件都可以訪問所有其它組件。平面構建時 $(USERDEPDIRS) 為空白，它也沒做任何事。6.3 $(USERLIBS) 目標平面構建時 $(USERLIBS) 為空白，它也沒做任何事。這樣整個 pass1deps 目標就完成了。6.4 pass2dep 目標

pass2dep: context tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)        $(Q) for dir in $(KERNDEPDIRS) ; do \                $(MAKE) -C $$dir TOPDIR="$(TOPDIR)" EXTRADEFINES=$(KDEFINE) depend; \        done

根據 $(KERNDEPDIRS) 變數的值，在各級子目錄下產生 Make.dep 和 .depend檔案。

nuttx 目錄下產生 Make.dep 和 .depend 檔案的子目錄有：
nuttx/arch/arm/srcnuttx/binfmtnuttx/configs/shenzhou/srcnuttx/driversnuttx/fsnuttx/libcnuttx/libxxnuttx/mmnuttx/netnuttx/sched6.5 $(NUTTXLIBS) 目標接下來就編譯 pass2deps 目標中的 $(NUTTXLIBS)，這是一個多目標，根據配置的不同，具體的目標也不同。它的工作是產生多個靜態庫檔案。這裡產生了10個靜態庫檔案：
nuttx/lib/libapps.anuttx/lib/libarch.anuttx/lib/libbinfmt.anuttx/lib/libc.anuttx/lib/libcxx.anuttx/lib/libdrivers.anuttx/lib/libfs.anuttx/lib/libmm.anuttx/lib/libnet.anuttx/lib/libsched.a 下面以 libarch.a 為例，考查靜態庫的編譯過程。

$(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT): context        $(Q) $(MAKE) -C $(ARCH_SRC) TOPDIR="$(TOPDIR)" libarch$(LIBEXT)

其中： $(ARCH_SRC) = nuttx/arch/arm/src，$(LIBEXT) = .a。傳遞的不是變數名，而是變數中的值。第2行的意思是先切換到目錄 nuttx/arch/arm/src，再執行 make 命令，傳遞參數 TOPDIR，編譯目標 libarch.a，這裡的 make 調用的是目錄 nuttx/arch/arm/src 中的 Makefile，編譯的是該 Makefile 中的目標。在 nuttx/arch/arm/src/Makefile 中先定義 BIN = libarch$(LIBEXT)，然後：

$(BIN) $(KBIN): $(OBJS)        $(call ARCHIVE, $@, $(OBJS))

其中：OBJS = $(AOBJS) $(COBJS)，而
AOBJS = $(ASRCS:.S=$(OBJEXT))
ASRCS = $(CHIP_ASRCS) $(CMN_ASRCS)

COBJS = $(CSRCS:.c=$(OBJEXT))
CSRCS = $(CHIP_CSRCS) $(CMN_CSRCS)

nuttx/arch/arm/src/Makefile 包含了 nuttx/arch/arm/src/chip/Make.defs，4個變數 CHIP_ASRCS、 CMN_ASRCS、 CHIP_CSRCS、 CMN_CSRCS 都是在 nuttx/arch/arm/src/chip/Make.defs 中定義的，多次賦值後的變數值如下：

CHIP_ASRCS = （空）

CMN_ASRCS = up_saveusercontext.S up_fullcontextrestore.S up_switchcontext.S vfork.S

CHIP_CSRCS = stm32_allocateheap.c stm32_start.c stm32_rcc.c stm32_lse.c stm32_lsi.c stm32_gpio.c stm32_exti_gpio.c stm32_flash.c stm32_irq.c stm32_timerisr.c stm32_dma.c stm32_lowputc.c stm32_serial.c stm32_spi.c stm32_sdio.c stm32_tim.c stm32_waste.c stm32_ccm.c stm32_i2c.c stm32_idle.c stm32_pmstop.c stm32_pmstandby.c stm32_pmsleep.c stm32_pminitialize.c stm32_eth.c stm32_pwr.c stm32_rtc.c

CMN_CSRCS = up_assert.c up_blocktask.c up_copyfullstate.c up_createstack.c up_mdelay.c up_udelay.c up_exit.c up_initialize.c up_initialstate.c up_interruptcontext.c up_memfault.c up_modifyreg8.c up_modifyreg16.c up_modifyreg32.c up_releasepending.c up_releasestack.c up_reprioritizertr.c up_schedulesigaction.c up_sigdeliver.c up_systemreset.c up_unblocktask.c up_usestack.c up_doirq.c up_hardfault.c up_svcall.c up_vfork.c

從這裡可以查到哪些源檔案被編譯，哪些源檔案沒有被編譯。

命令 $(call ARCHIVE, $@, $(OBJS)) 打包靜態庫 libarch.a。

現在回到nuttx/Makefile.unix：

lib/libarch$(LIBEXT): $(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT)        $(Q) install $(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT) lib/libarch$(LIBEXT)

其中： install 是 Linux 命令，這裡等同於複製，將 libarch.a 複製到 nuttx/lib 目錄。6.6 pass1 目標

pass1: pass1depsifeq ($(CONFIG_BUILD_2PASS),y)        $(Q) if [ -z "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)" ]; then \                echo "ERROR: CONFIG_PASS1_BUILDIR not defined"; \                exit 1; \        fi        $(Q) if [ ! -d "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)" ]; then \                echo "ERROR: CONFIG_PASS1_BUILDIR does not exist"; \                exit 1; \        fi        $(Q) if [ ! -f "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)/Makefile" ]; then \                echo "ERROR: No Makefile in CONFIG_PASS1_BUILDIR"; \                exit 1; \        fi        $(Q) $(MAKE) -C $(CONFIG_PASS1_BUILDIR) TOPDIR="$(TOPDIR)" LINKLIBS="$(LINKLIBS)" USERLIBS="$(USERLIBS)" "$(CONFIG_PASS1_TARGET)"endif

平面構建時不做任何事。6.7 pass2 目標最後編譯pass2

pass2: pass2deps        $(Q) $(MAKE) -C $(ARCH_SRC) TOPDIR="$(TOPDIR)" EXTRA_OBJS="$(EXTRA_OBJS)" LINKLIBS="$(LINKLIBS)" EXTRADEFINES=$(KDEFINE) $(BIN)        $(Q) if [ -w /tftpboot ] ; then \                cp -f $(BIN) /tftpboot/$(BIN).${CONFIG_ARCH}; \        fiifeq ($(CONFIG_RRLOAD_BINARY),y)        @echo "MK: $(BIN).rr"        $(Q) $(TOPDIR)/tools/mkimage.sh --Prefix $(CROSSDEV) $(BIN) $(BIN).rr        $(Q) if [ -w /tftpboot ] ; then \                cp -f $(BIN).rr /tftpboot/$(BIN).rr.$(CONFIG_ARCH); \        fiendififeq ($(CONFIG_INTELHEX_BINARY),y)        @echo "CP: $(BIN).hex"        $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O ihex $(BIN) $(BIN).hexendififeq ($(CONFIG_MOTOROLA_SREC),y)        @echo "CP: $(BIN).srec"        $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O srec $(BIN) $(BIN).srecendififeq ($(CONFIG_RAW_BINARY),y)        @echo "CP: $(BIN).bin"        $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O binary $(BIN) $(BIN).binendif        @echo "DUMP: $(BIN).out"        $(Q) $(OBJDUMP) -x $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).out        @echo "DUMP: $(BIN).S"        $(Q) $(OBJDUMP) -d -j .text -j .init_section -j .ARM.exidx -j .data -j .bss $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).S        cp -f $(BIN) $(BIN).hex $(BIN).bin $(HOME)

把靜態庫連結成 elf 格式的可執行檔，並轉換成 .hex、 .bin 等其它格式的檔案。最後5行是我加上去的，產生符號檔案、反組譯碼檔案，並把一些最終檔案複製到 Linux 使用者主目錄。由《NuttX 安裝指令碼》中的以下幾行實現：

if !(grep -q '    @echo "DUMP: $(BIN).out"' Makefile.unix); then  sed -i '/pass2:/,/^$/{    /^$/i\    @echo "DUMP: $(BIN).out"    /^$/i\    $(Q) $(OBJDUMP) -x $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).out    /^$/i\    @echo "DUMP: $(BIN).S"    /^$/i\    $(Q) $(OBJDUMP) -d -j .text -j .init_section -j .ARM.exidx -j .data -j .bss $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).S    /^$/i\    cp -f $(BIN) $(BIN).hex $(BIN).bin $(HOME)  }' Makefile.unixfi

7 nuttx/Make.defs 檔案nuttx/Make.defs 檔案是 Makefile 片斷，從 nuttx/config/<板卡>/<目標配置>/Make.defs 複製而來。由《NuttX 安裝指令碼》中的以下幾行實現：

echo "nuttx配置"cd $BASEDIR/$TOPDIR/nuttx/tools./configure.sh $TARGETCONFIG

該 Makefile 片斷提供架構和工具特定的構建選項。它將在構建時被所有其它 Makefile 檔案包含（一旦它被安裝）。該 makefile 片斷應定義：
工具： CC、 LD、 AR、 NM、 OBJCOPY、 OBJDUMP 工具選項： CFLAGS、 LDFLAGS 當該 Makefile 片斷運行時，它將被傳遞構建根目錄的路徑 TOPDIR。該 Makefile 片斷應包含：

$(TOPDIR)/.config： Nuttx 配置
$(TOPDIR)/tools/Config.mk： 一般定義

nuttx/Make.defs 檔案中的定義可能依賴於 .config 檔案中的一些設定。例如，如果 CONFIG_DEBUG=y， CFLAGS將最有可能不同。

tools/Config.mk 檔案包含額外的定義，這些定義可能在必要時被架構特定的 Make.defs 檔案覆蓋：
COMPILE、 ASSEMBLE、 ARCHIVE、 CLEAN 和 MKDEP 宏