uboot的配置和编译文件解析

Posted 2023-02-25 阿C_C

Makefile分析

版本确定

在文件开头的几行就是版本号：

VERSION = 1 // 主版本号
PATCHLEVEL = 3  // Patch版本号
SUBLEVEL = 4    // 次版本号
EXTRAVERSION =
U_BOOT_VERSION = $(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL)$(EXTRAVERSION)
VERSION_FILE = $(obj)include/version_autogenerated.h

版本号最终生成一个U_BOOT_VERSION的变量，用于确定最终的版本号，VERSION_FILE这个文件在编译过程中自动生成，内容是一个值为版本号的宏定义。

HOST配置

紧接着是HOST的配置：

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/)
# 在shell中执行命令“uname -m”，并用管道连接sed命令，“sed -e s/p1/p2” 命令是把p1替换成p2，其中“.”和“*”是通配符，分别匹配一个和多个字符
HOSTOS := $(shell uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]' | \\
        sed -e 's/\\(cygwin\\).*/cygwin/')
# 获取操作系统的名称，转成小写

export  HOSTARCH HOSTOS

HOSTARCH 表示主机CPU的架构，HOSTOS 表示主机的操作系统。

静默编译

平时编译的时候命令行会打印出编译日志信息，配置参数在下面的代码中：

# Allow for silent builds
ifeq (,$(findstring s,$(MAKEFLAGS)))   
XECHO = echo
else
XECHO = :
endif
# 在MAKEFLAGS中寻找-s，如果有，定义打印语句，如果没有，打印指令为空

编译方法

uboot有两种编译方式，原地编译和单独输出文件夹编译，默认是原地编译，编译出来的结果放在源文件相同的目录中。单独输出文件夹在编译时另外指定一个目录，编译生成文件都放置在该目录中。有两种方式指定输出目录：

#########################################################################
#
# U-boot build supports producing a object files to the separate external
# directory. Two use cases are supported:
#
# 1) Add O= to the make command line    在编译命令中增加一个名为O的参数，指向要输出的目录
# 'make O=/tmp/build all'
#
# 2) Set environement variable BUILD_DIR to point to the desired location   设置环境变量BUILD_DIR为要输出的目录路径
# 'export BUILD_DIR=/tmp/build'     
# 'make'
#
# The second approach can also be used with a MAKEALL script
# 'export BUILD_DIR=/tmp/build'
# './MAKEALL'
#
# Command line 'O=' setting overrides BUILD_DIR environent variable.        两个都指定的话O会覆盖BUILD_DIR
#
# When none of the above methods is used the local build is performed and
# the object files are placed in the source directory.
#

以后的代码就是针对于两种编译方式的变量定义以及实现，其中有几个环境变量需要明白：

1. OBJTREE：编译出的目标文件存放的根目录，不同的编译方式中，该目录的位置不一样。
2. SRCTREE：源代码的根目录。

配置编译环境

实现代码中，include $(obj)include/config.mk这句代码用于包含架构，CPU以及开发板的配置信息，config.mk文件在配置后才会生成，随后会将其中的配置信息导出到环境变量中：export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC。

1. ARCH：编译目标CPU的架构。
2. CROSS_COMPILE：定义交叉编译工具链的前缀，在编译时加上后缀就可以找到工具链中的命令。

引入配置脚本

如下的代码：

# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk

引入了根目录中的config.mk文件。

编译工具的定义

# 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

这些代码定义了编译的工具的位置。

包含开发板的配置参数

# Load generated board configuration
sinclude $(OBJTREE)/include/autoconf.mk

ifdef   ARCH
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk  # include architecture dependend rules
endif
ifdef   CPU
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk   # include  CPU  specific rules
endif
ifdef   SOC
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk   # include  SoC  specific rules
endif
ifdef   VENDOR
BOARDDIR = $(VENDOR)/$(BOARD)
else
BOARDDIR = $(BOARD)
endif
ifdef   BOARD
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk  # include board specific rules
endif

这些语句用于包含开发板，CPU，架构等配置参数，其中autoconfig.mk也是在配置过程中生成的，用于指导uboot的编译过程，其中的配置会根据条件编译来影响uboot的编译走向。这些配置是根据根目录中“include/configs/xxx.h”中的文件定义出来的，对应X210开发板的头文件位于：include/configs/x210_sd.h，移植的很大一部分工作也在这个文件中完成。

链接脚本

如下代码中定义了链接脚本：

ifndef LDSCRIPT
#LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds.debug
ifeq ($(CONFIG_NAND_U_BOOT),y)
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot-nand.lds
else
LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
endif
endif

根据autoconfig中有没有CONFIG_NAND_U_BOOT来选择不同的lds链接脚本文件，该链接脚本在uboot编译的时候链接属性。

TEXT_BASE

ifneq ($(TEXT_BASE),)
CPPFLAGS += -DTEXT_BASE=$(TEXT_BASE)
endif

判断如果config.mk定义了TEXT_BASE宏，则加上指定的编译属性。TEXT_BASE是一个内存地址，是整个uboot链接时指定的链接地址，在X210中该地址是0xc3e00000，因为uboot中启用了虚拟地址映射，所以0xc3e00000相当于0x23e00000。

自动推导规则

ifndef REMOTE_BUILD

%.s:    %.S
    $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
%.o:    %.S
    $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
%.o:    %.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

else

$(obj)%.s: %.S
    $(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
$(obj)%.o: %.S
    $(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
$(obj)%.o: %.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
endif

剩余部分

从此处一直到257行，主要是用于编译uboot中所有的目标文件，在291行出现了目标all，直接make的话就是在make这个目标。目标中有一些目标很重要，例如u-boot是最终编译生成的可执行elf文件，使用obj-cpy将该文件转化为可烧录文件u-boot.bin.

unconfig表示未配置，用于作为各个开发板配置目标的依赖，当已经配置过开发板后再次配置时，还可以配置。

uboot配置过程

uboot在配置过程中主要执行的是MakeFile中的如下代码：

x210_sd_config :    unconfig
    @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm s5pc11x x210 samsung s5pc110
    @echo "TEXT_BASE = 0xc3e00000" > $(obj)board/samsung/x210/config.mk

这两条命令，最终会在指定的目录位置中创建一个config.mk文件，该文件中内容为“TEXT_BASE = 0xc3e00000”。

$(@:_config=)代表替换，$(@代表目标，要把目标中的_config这一部分替换为=号后面的内容，但是后面的内容为空，所以就得到了x210_sd，就是第一个参数，所以第一句中第一个参数是x210_sd，所以就把这几个参数传给了mkconfig脚本。

配置开发板名称

APPEND=no   # Default: Create new config file
BOARD_NAME=""   # Name to print in make output

while [ $# -gt 0 ] ; do
    case "$1" in
    --) shift ; break ;;
    -a) shift ; APPEND=yes ;;
    -n) shift ; BOARD_NAME="$1%%_config" ; shift ;;
    *)  break ;;
    esac
done

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

配置BOARD_NAME为$1,也就是x210_sd。

判断参数个数

[ $# -lt 4 ] && exit 1
[ $# -gt 6 ] && exit 1

如果参数个数不符合就返回，退出配置过程。

创建符号链接

33-118行是为各个不同的架构创建符号链接，用户给头文件包含提供指向性连接，使uboot具有可移植性。

创建Make头文件

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

文件位于include/config.mk，是为了让主Makefile包含进去。

创建config.h

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
echo "#include <configs/$1.h>" >>config.h

文件内容是包含configs中配置开发板名称的头文件。是对开发板的宏定义配置。

uboot链接脚本

uboot的链接脚本和裸机程序的链接脚本本质上并没有区别。uboot中的链接脚本是uboot.lds,位于board/samsung/x210目录中。

ENTRY(_start)

该代码用于指定_start为整个程序的入口地址，就是程序的开头地址，或者是第一句指令。

SECTIONS

    . = 0x00000000;

    . = ALIGN(4);
    .text      :
    
      cpu/s5pc11x/start.o   (.text)
      cpu/s5pc11x/s5pc110/cpu_init.o    (.text)
      board/samsung/x210/lowlevel_init.o    (.text)
          cpu/s5pc11x/onenand_cp.o      (.text)                 
          cpu/s5pc11x/nand_cp.o (.text)                     
          cpu/s5pc11x/movi.o (.text) 
          common/secure_boot.o (.text) 
      common/ace_sha1.o (.text)
      cpu/s5pc11x/pmic.o (.text)
      *(.text)
    

    . = ALIGN(4);
    .rodata :  *(.rodata) 

    . = ALIGN(4);
    .data :  *(.data) 

    . = ALIGN(4);
    .got :  *(.got) 

    __u_boot_cmd_start = .;
    .u_boot_cmd :  *(.u_boot_cmd) 
    __u_boot_cmd_end = .;

    . = ALIGN(4);
    .mmudata :  *(.mmudata) 

    . = ALIGN(4);
    __bss_start = .;
    .bss :  *(.bss) 
    _end = .;

指定代码段，数据段和bss段。

. = 0x00000000;表示指定该地址为链接地址，其实指定一个程序的链接地址有两种方法，一种是在MakeFile中ld的flag中使用-Ttext 0x00000020的方式指定链接地址，另外一种是链接一个链接脚本，在链接脚本的开头使用. = 0x00000020方式来指定，这两种方式是可以配合使用的，如果两种方式同时使用，以-Ttext指定的为准。

在uboot中我们使用TEXT_BASE值来指定，相当于使用了-Ttext = TEXT_BASE。

. = ALIGN(4);表示使用4字节的对齐方式。

.text是代码段。代码段中必须要注意文件排列的顺序，会影响最终生成的可执行程序的排列顺序，指出名称的依次排列，最后使用 *(.text)表示剩余的部分不指定顺序，指定放在前面的文件，就是必须要放在前16KB内的文件，这些文件中的函数在前16KB会被调用，后面的文件中函数顺序就无所谓了。

.got，.u_boot_cmd，.mmudata属于自定义段。