U-Boot编译过程完全分析

2.1 U-Boot Makefile分析

2.1.1 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 mini2440_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 mini2440_config $ make all 或

$ make O=/tmp/build mini2440_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。

2.1.2 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. 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

# Set shell to bash if possible, otherwise fall back to sh SHELL := $(shell if [ -x \

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

\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 (\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\。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 \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。

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

OBJTREE SRCTREE TOPDIR LNDIR ? ? MKCONFIG ? ?

:= $(OBJTREE)

:= $(SRCTREE)/mkconfig

ifneq ($(OBJTREE),$(SRCTREE)) obj := $(OBJTREE)/ src := $(SRCTREE)/ else obj := src := endif

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 mini2440_config命令执行过程

况。

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

mini2440_config :

unconfig

@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t mini2440 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“mini2440_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mini2440_config中的_config去掉，得到mini2440。

因此“@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0”实际上就是执行了如下命令：

./mkconfig mini2440 arm arm920t mini2440 samsung s3c24x0

即将“mini2440 arm arm920t mini2440 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：

mini2440：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） mini2440：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=\TARGETS=\

# Name to print in make output

while [ $# -gt 0 ] ; do case \ --) shift ; break ;; -a) shift ; APPEND=yes ;;

-n) shift ; BOARD_NAME=\

-t) shift ; TARGETS=\ *) break ;; esac done

[ \

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“mini2440”。

（2）检查参数合法性 [ $# -lt 4 ] && exit 1 [ $# -gt 6 ] && exit 1

if [ \ 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。 echo \exit 1

（3）创建到目标板相关的目录的链接 #

# Create link to architecture specific headers

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。 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：

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

$(obj)u-boot:

$(GEN_UBOOT)

ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)

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

awk '$$2 ~ /[tTwW]/ {printf $$1 $$3 \

$(CC) $(CFLAGS) -DSYSTEM_MAP=\

-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$(GEN_UBOOT)编译命令。 下面分析$(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。

$(SUBDIRS): depend

$(MAKE) -C $@ all

2依赖SUBDIRS SUBDIRS

= tools \\

examples/standalone \\ examples/api

执行tools ，examples/standalone ，examples/api目录下的Makefile。 3OBJS

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

depend

$(OBJS):

$(MAKE) -C cpu/$(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。 4LIBBOARD

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/mini2440/libmini2440.a。make执行board/samsung/mini2440/目录下的

Makefile，生成libmini2440.a 。

5LIBS

LIBS变量中的每个元素使用如下的规则编译得到：

depend $(SUBDIRS)

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

$(LIBS):

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 。

6LDSCRIPT

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 $(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(\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 */

/* 只读数据段 */

/* 代码段 */

/* u-boot自定义的got段 */

. = .;

__u_boot_cmd_start = .;

/*将 __u_boot_cmd_start指定为当前地址 */

/* 存放所有U-Boot命令对应的cmd_tbl_t结构体 */

. = ALIGN(4); .got : { *(.got) } . = ALIGN(4); .data : { *(.data) } . = ALIGN(4);

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

*(.text)

.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } __u_boot_cmd_end = .;

/* 将__u_boot_cmd_end指定为当前地址 */

/* bss段 */ }

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. = ALIGN(4); __bss_start = .;

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

/* 将_end指定为当前地址 */

看它的分段信息：

$ 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

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ceda.html