手把手教你写嵌入式Linux中的Makefile

Posted 2022-12-14 果果小师弟

一、Makefile的引入及规则

使用keil, mdk,avr等工具开发程序时点击鼠标就可以编译了，它的内部机制是什么？它怎么组织管理程序？怎么决定编译哪一个文件？

答：实际上windows工具管理程序的内部机制，也是Makefile，我们在linux下来开发裸板程序的时候，使用Makefile组织管理这些程序。

组织管理程序，组织管理文件，我们写一个程序来实验一下：

文件a.c

#include <stdio.h>

int main()

	func_b();
	return 0;

文件b.c

#include <stdio.h>

void func_b()

	printf("This is B\\n");

编译：

gcc -o test a.c b.c

运行：

./test

结果：

This is B

gcc -o test a.c b.c 这条命令虽然简单，但是它完成的功能不简单。

我们来看看它做了哪些事情，

我们知道.c程序得到可执行程序它们之间要经过四个步骤：

• 1.预处理
• 2.编译
• 3.汇编
• 4.链接

我们经常把前三个步骤统称为编译了。我们具体分析：gcc -o test a.c b.c这条命令它们要经过下面几个步骤：

• 1）对于a.c：执行：预处理 编译 汇编 的过程，a.c ==>xxx.s ==>xxx.o 文件。
• 2）对于b.c：执行：预处理 编译 汇编 的过程，b.c ==>yyy.s ==>yyy.o 文件。
• 3）最后：xxx.o和yyy.o链接在一起得到一个test应用程序。

提示：gcc -o test a.c b.c -v ：加上一个**‘-v’**选项可以看到它们的处理过程，

第一次编译 a.c 得到 xxx.o 文件，这是很合乎情理的， 执行完第一次之后，如果修改 a.c 又再次执行：gcc -o test a.c b.c，对于 a.c 应该重新生成 xxx.o，但是对于 b.c 又会重新编译一次，这完全没有必要，b.c 根本没有修改，直接使用第一次生成的 yyy.o 文件就可以了。

缺点：对所有的文件都会再处理一次，即使 b.c 没有经过修改，b.c 也会重新编译一次，当文件比较少时，这没有没有什么问题，当文件非常多的时候，就会带来非常多的效率问题如果文件非常多的时候，我们，只是修改了一个文件，所用的文件就会重新处理一次，编译的时候就会等待很长时间。

对于这些源文件，我们应该分别处理，执行：预处理 编译 汇编，先分别编译它们，最后再把它们链接在一次，比如：

编译：

gcc -o a.o a.c
gcc -o b.o b.c

链接：

gcc -o test a.o b.o

比如：上面的例子，当我们修改a.c之后,a.c会重现编译然后再把它们链接在一起就可以了。b.c就不需要重新编译。

那么问题又来了，怎么知道哪些文件被更新了/被修改了？

比较时间：比较 a.o 和 a.c 的时间，如果a.c的时间比 a.o 的时间更加新的话，就表明 a.c 被修改了，同理b.o和b.c也会进行同样的比较。比较test和 a.o,b.o 的时间，如果a.o或者b.o的时间比test更加新的话，就表明应该重新生成test。Makefile

就是这样做的。我们现在来写出一个简单的Makefile:

Makefie最基本的语法是规则，规则：

目标 : 依赖1 依赖2 ...
[TAB]命令

当“依赖”比“目标”新，执行它们下面的命令。我们要把上面三个命令写成Makefie规则，如下：

test ：a.o b.o  //test是目标，它依赖于a.o b.o文件，一旦a.o或者b.o比test新的时候，就需要执行下面的命令，重新生成test可执行程序。
	gcc -o test a.o b.o
a.o : a.c  //a.o依赖于a.c，当a.c更加新的话，执行下面的命令来生成a.o
	gcc -c -o a.o a.c
b.o : b.c  //b.o依赖于b.c,当b.c更加新的话，执行下面的命令，来生成b.o
	gcc -c -o b.o b.c

我们来作一下实验：

在改目录下我们写一个Makefile文件：

文件：Makefile

test:a.o b.o
	gcc -o test a.o b.o

a.o : a.c
	gcc -c -o a.o a.c

b.o : b.c
	gcc -c -o b.o b.c

上面是Makefie中的三条规则。Makefile,就是名字为Makefile的文件。当我们想编译程序时，直接执行make命令就可以了，一执行make命令它想生成第一个目标test可执行程序,如果发现a.o 或者b.o没有，就要先生成a.o或者b.o，发现a.o依赖a.c，有a.c但是没有a.o,他就会认为a.c比a.o新，就会执行它们下面的命令来生成a.o，同理b.o和b.c的处理关系也是这样的。

如果修改a.c ，我们再次执行make，它的本意是想生成第一个目标test应用程序,它需要先生成a.o,发现a.o依赖a.c(执行我们修改了a.c)发现a.c比a.o更加新，就会执行gcc -c -o a.o a.c命令来生成a.o文件。b.o依赖b.c，发现b.c并没有修改，就不会执行gcc -c -o b.o b.c来重新生成b.o文件。现在a.o b.o都有了，其中的a.o比test更加新，就会执行 gcc -o test a.ob.o来重新链接得到test可执行程序。所以当执行make命令时候就会执行下面两条执行：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们第一次执行make的时候，会执行下面三条命令(三条命令都执行)：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test a.o b.o

再次执行make 就会显示下面的提示：

make: `test' is up to date.

我们再次执行make就会判断Makefile文件中的依赖，发现依赖没有更新，所以目标文件就不会重现生成，就会有上面的提示。当我们修改a.c后，重新执行make,

就会执行下面两条指令：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们同时修改a.c b.c，执行make就会执行下面三条指令。

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test a.o b.o

a.c文件修改了，重新编译生成a.o, b.c修改了重新编译生成b.o，a.o,b.o都更新了重新链接生成test可执行程序，Makefie的规则其实还是比较简单的。规则是Makefie的核心，

执行make命令的时候，就会在当前目录下面找到名字为：Makefile的文件，根据里面的内容来执行里面的判断/命令。

二、Makefile的语法

本节我们只是简单的讲解Makefile的语法，如果想比较深入

学习Makefile的话可以：

• a. 百度搜 “gnu make 于凤昌”。
• b. 查看官方文档: http://www.gnu.org/software/make/manual/

2.1 通配符

假如一个目标文件所依赖的依赖文件很多，那样岂不是我们要写很多规则，这显然是不合乎常理的

我们可以使用通配符，来解决这些问题。

我们对上节程序进行修改代码如下：

test: a.o b.o 
	gcc -o test $^
	
%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<

%.o：表示所用的.o文件

%.c：表示所有的.c文件

$@：表示目标

$<：表示第1个依赖文件

$^：表示所有依赖文件

我们来在该目录下增加一个 c.c 文件，代码如下：

#include <stdio.h>

void func_c()

	printf("This is C\\n");

然后在main函数中调用修改Makefile，修改后的代码如下：

test: a.o b.o c.o
	gcc -o test $^
	
%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<

执行：

make

结果：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -c -o c.o c.c
gcc -o test a.o b.o c.o

运行：

./test

结果：

This is B
This is C

2.2 假想目标: .PHONY

1.我们想清除文件，我们在Makefile的结尾添加如下代码就可以了：

clean:
	rm *.o test

• 1）执行 make ：生成第一个可执行文件。
• 2）执行 make clean : 清除所有文件，即执行： rm *.o test。

make后面可以带上目标名，也可以不带，如果不带目标名的话它就想生成第一个规则里面的第一个目标。

2.使用Makefile

执行：make [目标] 也可以不跟目标名，若无目标默认第一个目标。我们直接执行make的时候，会在makefile里面找到第一个目标然后执行下面的指令生成第一个目标。当我们执行 make clean 的时候，就会在 Makefile 里面找到 clean 这个目标，然后执行里面的命令，这个写法有些问题，原因是我们的目录里面没有 clean 这个文件，这个规则执行的条件成立，他就会执行下面的命令来删除文件。

如果：该目录下面有名为clean文件怎么办呢？

我们在该目录下创建一个名为 “clean” 的文件，然后重新执行：make然后makeclean，结果(会有下面的提示：)：

make: \\`clean' is up to date.

它根本没有执行我们的删除操作，这是为什么呢？

我们之前说，一个规则能过执行的条件：

• 1)目标文件不存在
• 2)依赖文件比目标新

现在我们的目录里面有名为“clean”的文件，目标文件是有的，并且没有

依赖文件，没有办法判断依赖文件的时间。这种写法会导致：有同名的"clean"文件时，就没有办法执行make clean操作。解决办法：我们需要把目标定义为假象目标，用关键子PHONY

.PHONY: clean //把clean定义为假象目标。他就不会判断名为“clean”的文件是否存在，

然后在Makfile结尾添加.PHONY: clean语句，重新执行：make clean，就会执行删除操作。

2.3 变量

在makefile中有两种变量：

2.3.1 简单变量(即使变量)：

A := xxx    # A的值即刻确定，在定义时即确定

对于即使变量使用 “:=” 表示，它的值在定义的时候已经被确定了

2.3.2 延时变量

B = xxx   # B的值使用到时才确定

对于延时变量使用“=”表示。它只有在使用到的时候才确定，在定义/等于时并没有确定下来。

想使用变量的时候使用“$”来引用，如果不想看到命令是，可以在命令的前面加上"@"符号，就不会显示命令本身。当我们执行make命令的时候，make这个指令本身，会把整个Makefile读进去，进行全部分析，然后解析里面的变量。常用的变量的定义如下：

:= # 即时变量
= # 延时变量
?= # 延时变量, 如果是第1次定义才起效, 如果在前面该变量已定义则忽略这句
\\+= # 附加, 它是即时变量还是延时变量取决于前面的定义
?=: 如果这个变量在前面已经被定义了，这句话就会不会起效果，

实例：

A := $(C)
B = $(C)
C = abc

#D = 100ask
D ?= weidongshan

all:
	@echo A = $(A)
	@echo B = $(B)
	@echo D = $(D)

C += 123

执行：

make

结果：

A =
B = abc 123
D = weidongshan

分析：

1. A := $©
   A为即使变量，在定义时即确定，由于刚开始C的值为空，所以A的值也为空。

2. B = $©
   B为延时变量，只有使用到时它的值才确定，当执行make时，会解析Makefile里面的所用变量，所以先解析C= abc,然后解析C += 123，此时，C = abc 123，当执行：@echo B = $(B) B的值为 abc 123。

3. D ?= weidongshan
   D变量在前面没有定义，所以D的值为weidongshan，如果在前面添加D = 100ask，最后D的值为100ask。

我们还可以通过命令行存入变量的值 例如：

执行：make D=123456里面的D?= weidongshan这句话就不起作用了。

make D=123456

结果：

A =
B = abc 123
D = 123456

2.3.3 变量的导出(export)

在编译程序时，我们会不断地使用make -C dir切换到其他目录，执行其他目录里的Makefile。如果想让某个变量的值在所有目录中都可见，要把它export出来。

比如CC = $(CROSS_COMPILE)gcc，这个CC变量表示编译器，在整个过程中都是一样的。定义它之后，要使用export CC把它导出来。

2.3.4 shell命令

比如：

TOPDIR := $(shell pwd)

这是个立即变量，TOPDIR等于shell命令pwd的结果。

2.3.5 放置第1个目标

执行make命令时如果不指定目标，那么它默认是去生成第1个目标。所以第 1 个目标，位置很重要。有时候不太方便把第1个目标完整地放在文件前面，这时可以在文件的前面直接放置目标，在后面再完善它的依赖与命令。比如：

First_target: //这句话放在前面
......// 其他代码，比如 include 其他文件得到后面的 xxx 变量
First_target : $(xxx) $(yyy) // 在文件的后面再来完善
	command

三、Makefile函数

makefile里面可以包含很多函数，这些函数都是make本身实现的，下面我们来几个常用的函数。引用一个函数用“$”。

3.1 函数foreach[遍历]

函数foreach语法如下：

$(foreach var,list,text) 

前两个参数，var和list，将首先扩展，注意最后一个参数text此时不扩展；接着，对每一个list扩展产生的字，将用来为var扩展后命名的变量赋值；然后text引用该变量扩展；因此它每次扩展都不相同。结果是由空格隔开的text。在list中多次扩展的字组成的新的 list。text多次扩展的字串联起来，字与字之间由空格隔开，如此就产生了函数foreach的返回值。

实例：

A = a b c
B = $(foreach f, &(A), $(f).o)

all:
	@echo B = $(B)

结果：

B = a.o b.o c.o

3.2 函数filter/filter-out[过滤]

函数filter/filter-out语法如下：

$(filter pattern...,text)     # 在text中取出符合patten格式的值
$(filter-out pattern...,text) # 在text中取出不符合patten格式的值

实例：

C = a b c d/

D = $(filter %/, $(C))
E = $(filter-out %/, $(C))

all:
        @echo D = $(D)
        @echo E = $(E)

结果：

D = d/
E = a b c

3.3 Wildcard函数[通配符]

函数Wildcard语法如下：

$(wildcard pattern) # pattern定义了文件名的格式, wildcard取出其中存在的文件。

这个函数wildcard会以pattern这个格式，去寻找存在的文件，返回存在文件的名字。

实例：

在该目录下创建三个文件：a.c b.c c.c

files = $(wildcard *.c)

all:
        @echo files = $(files)

结果：

files = a.c b.c c.c

我们也可以用wildcard函数来判断，真实存在的文件

实例：

files2 = a.c b.c c.c d.c e.c  abc
files3 = $(wildcard $(files2))

all:
        @echo files3 = $(files3)

结果：

files3 = a.c b.c c.c

3.4 patsubst函数

函数patsubst语法如下：

$(patsubst pattern,replacement,$(var))

patsubst函数是从var变量里面取出每一个值，如果这个符合pattern格式，把它替换成replacement格式

实例：

files2  = a.c b.c c.c d.c e.c abc

dep_files = $(patsubst %.c,%.d,$(files2))

all:
        @echo dep_files = $(dep_files)

结果：

dep_files = a.d b.d c.d d.d e.d abc

四、Makefile实例

在c.c里面，包含一个头文件c.h，在c.h里面定义一个宏，把这个宏打印出来。

c.c

#include <stdio.h>
#include <c.h>

void func_c()

	printf("This is C = %d\\n", C);

c.h

#define C 1

然后上传编译，执行./test,打印出

This is B
This is C =1

测试没有问题，然后修改c.h

#define C 2

重新编译，发现没有更新程序，运行，结果不变，说明现在的Makefile存在问题。

test:a.o b.o c.o
	gcc -o test $^
	
%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<

clean:
	rm *.o test
	
.PHONY: clean

为什么会出现这个问题呢， 首先我们test依赖c.o，c.o依赖c.c，如果我们更新c.c，会重新更新整个程序。但c.o也依赖c.h，我们更新了c.h，并没有在Makefile上体现出来，导致c.h的更新，Makefile无法检测到。因此需要添加:

c.o : c.c c.h

也就是

test:a.o b.o c.o
	gcc -o test $^

c.o : c.c c.h

%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<

clean:
	rm *.o test
	
.PHONY: clean

现在每次修改c.h，Makefile都能识别到更新操作，从而更新最后输出文件。

这样又冒出了一个新的问题，**我们怎么为每个.c文件添加.h文件呢？**对于内核，有几万个文件，不可能为每个文件依次写出其头文件。因此需要做出改进，让其自动生成头文件依赖，可以参考这篇文章：http://blog.csdn.net/qq1452008/article/details/50855810

gcc -M a.c // 打印出依赖a.c所需要的依赖文件
gcc -M -MF a.d a.c  // 把a.c所需要的依赖文件写入文件a.d
gcc -c -o a.o a.c -MD -MF a.d  // 编译a.o, 把a.c需要的依赖文件写入文件a.d

修改Makefile如下

# 用objs变量将.o文件放在一块
objs = a.o b.o c.o 

# 把obj里所有文件都变为.%.d格式，并用变量dep_files表示
dep_files := $(patsubst %,.%.d, $(objs))
# 执行上面命令之后dep_files  = a.o.d b.o.d c.o.d 

# 判断dep_files是否存在
dep_files := $(wildcard $(dep_files))

# 目标文件test依赖所有的.o文件
test: $(objs)
	gcc -o test $^

# 如果dep_files变量不为空，就将其包含进来
ifneq ($(dep_files),)
include $(dep_files)
endif

%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

clean:
	rm *.o test

distclean:
	rm $(dep_files)
	
.PHONY: clean	

首先用obj变量将.o文件放在一块。利用前面讲到的函数，把obj里所有文件都变为.%.d格式，并用变量dep_files表示。利用前面介绍的wildcard函数，判断dep_files是否存在。然后是目标文件test依赖所有的.o文件。如果dep_files变量不为空，就将其包含进来。然后就是所有的.o文件都依赖.c文件，且通过-MD -MF生成.d依赖文件。清理所有的.o文件和目标文件清理依赖.d文件。

现在我门修改了任何.h文件，最终都会影响最后生成的文件，也没任何手工添加.h、.c、.o文件，完成了支持头文件依赖。

下面再添加CFLAGS，即编译参数。比如加上编译参数-Werror，把所有的警告当成错误。

CFLAGS = -Werror -Iinclude
......

%.o : %.c
	gcc $(CFLAGS) -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

现在重新make，发现以前的警告就变成了错误，必须要解决这些错误编译才能进行。在a.c里面声明一下函数：

void func_b();
void func_c();

重新make，错误就没有了。

除了编译参数-Werror，还可以加上-I参数，指定头文件路径，-Iinclude表示当前的inclue文件夹下。此时就可以把c.c文件里的#include ".h"改为#include <c.h>，前者表示当前目录，后者表示编译器指定的路径和GCC路径。

五、通用Makefile的设计思想

A. 在Makefile文件中确定要编译的文件、目录，比如：

obj-y += main.o
obj-y += a/

Makefile文件总是被Makefile.build包含的。

B. 在 Makefile.build 中设置编译规则，有 3 条编译规则：

• 1、怎么编译子目录？ 进入子目录编译：

$(subdir-y):
make -C $@ -f $(TOPDIR)/Makefile.build

• 2、怎么编译当前目录中的文件？

%.o : %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(EXTRA_CFLAGS) $(CFLAGS_$@) -Wp,-MD,$(dep_file) -c -o $@ $<

• 3.当前目录下的.o 和子目录下的 built-in.o 要打包起来：

built-in.o : $(cur_objs) $(subdir_objs)
$(LD) -r -o $@ $^

C. 顶层 Makefile 中把顶层目录的built-in.o链接成 APP

$(TARGET) : built-in.o
$(CC) $(LDFLAGS) -o $(TARGET) built-in.o