uboot编译链接过程

短命女 2022-08-11 00:57 251阅读 0赞

配置完之后，执行make即可编译，从makefile中可以了解uboot使用了哪些文件、哪个文件先执行，可执行文件占用内存的情况。

下面这个再加上韦东山大哥书上的讲解，就基本明白了，下面的来自博客：

[http://blog.csdn.net/wxdcxp/archive/2009/11/18/4828011.aspx][http_blog.csdn.net_wxdcxp_archive_2009_11_18_4828011.aspx]

**[U－BOOT][U_BOOT]是一个LINUX下的工程，在编译之前必须已经安装对应体系结构的交叉编译环境，这里只针对ARM，编译器系列软件为arm-linux-\*。**

**U－BOOT的下载地址： http://sourceforge.net/projects/u-boot  
我下载的是1.1.6版本，一开始在FTP上下载了一个次新版，结果编译失败。1.1.6是没问题的。**

**u-boot源码结构  
  
    解压就可以得到全部u-boot源程序。在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序。这些目录中所要存放的文件有其规则，可以分为3类。  
    第1类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；  
    第2类目录是一些通用的函数或者驱动程序；  
    第3类目录是u-boot的应用程序、工具或者文档。  
  
u-boot的源码顶层目录说明  
  
目    录                特    性                解 释 说 明  
board                  平台依赖          存放电路板相关的目录文件，  
                                        例如：RPXlite(mpc8xx)、  
                                        smdk2410(arm920t)、  
                                        sc520\_cdp(x86) 等目录  
  
cpu                    平台依赖          存放CPU相关的目录文件  
                                        例如：mpc8xx、ppc4xx、  
                                        arm720t、arm920t、 xscale、i386等目录  
  
lib\_ppc                平台依赖          存放对PowerPC体系结构通用的文件，  
                                        主要用于实现PowerPC平台通用的函数  
  
lib\_arm                平台依赖           存放对ARM体系结构通用的文件，  
                                         主要用于实现ARM平台通用的函数  
  
lib\_i386               平台依赖           存放对X86体系结构通用的文件，  
                                         主要用于实现X86平台通用的函数  
  
include                通用                头文件和开发板配置文件，  
                                          所有开发板的配置文件都在configs目录下  
  
common               通用                通用的多功能函数实现  
lib\_generic            通用                通用库函数的实现  
net                    　通用                存放网络的程序  
fs                     　通用                存放文件系统的程序  
post                   　通用                存放上电自检程序  
drivers               　 通用                通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动  
disk                  　 通用                硬盘接口程序  
rtc                   　 通用                RTC的驱动程序  
dtt                   　 通用                数字温度测量器或者传感器的驱动  
examples               应用例程             一些独立运行的应用程序的例子，例如helloworld  
tools                 　 工具                存放制作S-Record或者u-boot格式的映像等工具，  
                                          例如mkimage  
  
doc                   　 文档                开发使用文档  
  
    u-boot的源代码包含对几十种处理器、数百种开发板的支持。可是对于特定的开发板，配置编译过程只需要其中部分程序。这里具体以S3C2410 & arm920t处理器为例，具体分析S3C2410处理器和开发板所依赖的程序，以及u-boot的通用函数和工具。**

**编译**

**以smdk\_2410板为例，编译的过程分两部：**

**\# make smdk2410\_config  
\# make**

**顶层Makefile分析**

**要了解一个LINUX工程的结构必须看懂Makefile，尤其是顶层的，没办法，UNIX世界就是这么无奈，什么东西都用文档去管理、配置。首先在这方面我是个新手，时间所限只粗浅地看了一些Makefile规则。**

**以smdk\_2410为例，顺序分析Makefile大致的流程及结构如下：**

**1) Makefile中定义了源码及生成的目标文件存放的目录,目标文件存放目录BUILD＿DIR可以通过make O=dir 指定。如果没有指定，则设定为源码顶层目录。一般编译的时候不指定输出目录，则BUILD＿DIR为空。其它目录变量定义如下：**

**\#OBJTREE和LNDIR为存放生成文件的目录，TOPDIR与SRCTREE为源码所在目录  
OBJTREE  := $(if $(BUILD\_DIR),$(BUILD\_DIR),$(CURDIR))  
SRCTREE  := $(CURDIR)  
TOPDIR  := $(SRCTREE)  
LNDIR  := $(OBJTREE)  
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE**

**2）定义变量MKCONFIG：这个变量指向一个脚本，即顶层目录的mkconfig。**

**MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig  
export MKCONFIG**

**在编译U－BOOT之前，先要执行**

**\# make smdk2410\_config**

**smdk2410\_config是Makefile的一个目标，定义如下：**

**smdk2410\_config : unconfig  
 @$(MKCONFIG) $(@:\_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0**

** unconfig::  
 @rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \\  
  $(obj)board/\*/config.tmp $(obj)board/\*/\*/config.tmp**

**显然，执行\# make smdk2410\_config时，先执行unconfig目标，注意不指定输出目标时，obj，src变量均为空，unconfig下面的命令清理上一次执行make \*\_config时生成的头文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。**

**然后才执行命令**

** @$(MKCONFIG) $(@:\_config=) arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0  
MKCONFIG 是顶层目录下的mkcofig脚本文件，后面五个是传入的参数。**

**对于smdk2410\_config而言，mkconfig主要做三件事：**

**在include文件夹下建立相应的文件（夹）软连接，**

**\#如果是ARM体系将执行以下操作：  
\#ln -s     asm-arm        asm  **

**\#ln -s  arch-s3c24x0    asm-arm/arch   
\#ln -s   proc-armv       asm-arm/proc**

**生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：**

**ARCH   = arm  
CPU    = arm920t  
BOARD  = smdk2410  
SOC    = s3c24x0**

**生成include/config.h头文件，只有一行：**

**/\* Automatically generated - do not edit \*/  
\#include "config/smdk2410.h"**

**mkconfig脚本文件的执行至此结束，继续分析Makefile剩下部分。**

**3）包含include/config.mk，其实也就相当于在Makefile里定义了上面四个变量而已。**

**4) 指定交叉编译器前缀：**

**ifeq ($(ARCH),arm)\#这里根据ARCH变量，指定编译器前缀。  
CROSS\_COMPILE = arm-linux-  
endif**

**5)包含config.mk:**

**\#包含顶层目录下的config.mk，这个文件里面主要定义了交叉编译器及选项和编译规则  
\# load other configuration  
include $(TOPDIR)/config.mk**

**下面分析config.mk的内容：**

**　　　＠包含体系，开发板，CPU特定的规则文件：**

**ifdef ARCH\#指定预编译体系结构选项  
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)\_config.mk \# include architecture dependend rules  
endif  
ifdef CPU \#定义编译时对齐，浮点等选项  
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk \# include  CPU specific rules  
endif  
ifdef SOC \#没有这个文件  
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk \# include  SoC specific rules  
endif**

**ifdef BOARD\#指定特定板子的镜像连接时的内存基地址，重要！  
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk \# include board specific rules  
endif**

**＠定义交叉编译链工具**

**\# 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**

**＠定义AR选项ARFLAGS，调试选项DBGFLAGS，优化选项OPTFLAGS**

**　预处理选项CPPFLAGS，C编译器选项CFLAGS，连接选项LDFLAGS**

**　LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT\_BASE) $(PLATFORM\_LDFLAGS)\#指定了起始地址TEXT\_BASE**

**＠指定编译规则：**

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

**回到顶层makefile文件：**

**6）U-boot需要的目标文件。**

**OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o \# 顺序很重要，start.o必须放第一位**

**7）需要的库文件：**

**LIBS  = lib\_generic/libgeneric.a  
LIBS += board/$(BOARDDIR)/lib$(BOARD).a  
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a  
ifdef SOC  
LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a  
endif  
LIBS += lib\_$(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 += rtc/librtc.a  
LIBS += dtt/libdtt.a  
LIBS += drivers/libdrivers.a  
LIBS += drivers/nand/libnand.a  
LIBS += drivers/nand\_legacy/libnand\_legacy.a  
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a  
LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a  
LIBS += common/libcommon.a  
LIBS += $(BOARDLIBS)**

**LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))  
.PHONY : $(LIBS)**

根据上面的include/config.mk文件定义的ARCH、CPU、BOARD、SOC这些变量。硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录及对应生成的库文件如下。  
    board/smdk2410/        ：库文件board/smdk2410/libsmdk2410.a  
    cpu/arm920t/              ：库文件cpu/arm920t/libarm920t.a  
    cpu/arm920t/s3c24x0/ :  库文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a  
    lib\_arm/                     : 库文件lib\_arm/libarm.a  
    include/asm-arm/       :下面两个是头文件。  
    include/configs/smdk2410.h

**8）最终生成的各种镜像文件：**

**ALL = $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U\_BOOT\_NAND)**

**all:  $(ALL)**

**$(obj)u-boot.hex: $(obj)u-boot  
  $(OBJCOPY) $\{OBJCFLAGS\} -O ihex $< $@**

**$(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot  
  $(OBJCOPY) $\{OBJCFLAGS\} -O srec $< $@**

**$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot  
  $(OBJCOPY) $\{OBJCFLAGS\} -O binary $< $@  
\#这里生成的是U-boot　的ELF文件镜像  
$(obj)u-boot:  depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT)  
  UNDEF\_SYM=\`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed  -n -e ''''''''''''''''''''''''''''''''s/.\*\$\_\_u\_boot\_cmd\_.\*\$/-u\\1/p''''''''''''''''''''''''''''''''|sort|uniq\`;\\  
  cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF\_SYM $(\_\_OBJS) \\  
   --start-group $(\_\_LIBS) --end-group $(PLATFORM\_LIBS) \\  
   -Map u-boot.map -o u-boot**

**分析一下最关键的u-boot ELF文件镜像的生成：**

**           @依赖目标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。生成方法，调用每个子目录的make \_depend。**

**depend dep:  
  for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir \_depend ; done**

**@依赖目标version：生成版本信息到版本文件VERSION\_FILE中。**

**version:  
  @echo -n "\#define U\_BOOT\_VERSION \\"U-Boot " > $(VERSION\_FILE); \\  
  echo -n "$(U\_BOOT\_VERSION)" >> $(VERSION\_FILE); \\  
  echo -n $(shell $(CONFIG\_SHELL) $(TOPDIR)/tools/setlocalversion \\  
    $(TOPDIR)) >> $(VERSION\_FILE); \\  
  echo "\\"" >> $(VERSION\_FILE)**

**@伪目标SUBDIRS: 执行tools ,examples ,post,post\\cpu 子目录下面的make文件。**

**SUBDIRS = tools \\  
   examples \\  
   post \\  
   post/cpu  
.PHONY : $(SUBDIRS)**

**$(SUBDIRS):  
  $(MAKE) -C $@ all**

**@依赖目标$(OBJS)，即cpu/start.o**

**$(OBJS):  
  $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE\_BUILD),$@,$(notdir $@))**

**@依赖目标$(LIBS)，这个目标太多，都是每个子目录的库文件\*.a ，通过执行相应子目录下的make来完成：**

**$(LIBS):  
  $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@)) **

**@依赖目标$(LDSCRIPT)：**

**LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds  
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT\_BASE) $(PLATFORM\_LDFLAGS)**

**对于smdk2410,LDSCRIPT即连接脚本文件是board/smdk2410/u-boot.lds，定义了连接时各个目标文件是如何组织的。内容如下：**

**OUTPUT\_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")  
/\*OUTPUT\_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")\*/  
OUTPUT\_ARCH(arm)  
ENTRY(\_start)  
SECTIONS  
\{  
 . = 0x00000000;**

** . = ALIGN(4);  
 .text    :/\*.text的基地址由LDFLAGS中\-Ttext $(TEXT\_BASE)指定\*/  
 \{                      /\*smdk2410指定的基地址为0x33f80000\*/  
   cpu/arm920t/start.o (.text)         /\*start.o为首\*/  
   \*(.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);  
 \_\_bss\_start = .;  
 .bss : \{ \*(.bss) \}  
 \_end = .;  
\}**

**@执行连接命令：**

**cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF\_SYM $(\_\_OBJS) \\  
   --start-group $(\_\_LIBS) --end-group $(PLATFORM\_LIBS) \\  
   -Map u-boot.map -o u-boot**

**其实就是把start.o和各个子目录makefile生成的库文件按照LDFLAGS连接在一起，生成ELF文件[u-boot][U_BOOT] 和连接时内存分配图文件u-boot.map。**

**9)对于各子目录的makefile文件，主要是生成\*.o文件然后执行AR生成对应的库文件。如lib\_generic文件夹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) \#项层Makefile执行make libgeneric.a  
 $(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)**

**整个makefile剩下的内容全部是各种不同的开发板的\*\_config:目标的定义了。**

**概括起来，工程的编译流程也就是通过执行执行一个make \*\_config传入ARCH，CPU，BOARD，SOC参数，mkconfig根据参数将include头文件夹相应的头文件夹连接好，生成config.h。然后执行make分别调用各子目录的makefile 生成所有的obj文件和obj库文件\*.a.  最后连接所有目标文件，生成镜像。不同格式的镜像都是调用相应工具由elf镜像直接或者间接生成的。**

**剩下的工作就是分析U-Boot源代码了。**

限于个人水平，有谬误之处，欢迎指正交流。

总结uboot的编译流程：

1、   首先编译cpu/$(CPU)start.S

2、   然后，对于平台相关的每个目录，每个通用的目录都使用他们各自得Makefile生成相应得库

3、   将1、2步骤生成的.0.a文件按照board/$(BOARDDIR)/config.mk文件中指定的代码段起始地址、board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds链接脚本进行连接。

4、   第3步得到的是ELF格式的uboot，后面的Makefile还会将它转换为二进制格式（bin格式）、s-record格式。

这里再解释下uboot2010.09的不同：

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/macppc/ppc/)  
首先执行uname -m得到I686,通过管道传送给sed命令,然后sed命令将执行sed -e s/i.86/i386/,将I686替换成i386,最后的结果是HOSTARCH=i386.

HOSTOS := $(shell uname -s | tr '\[:upper:\]' '\[:lower:\]' | \\  
            sed -e 's/\$cygwin\$.\*/cygwin/')

首先执行uname -s 查看开发平台的系统,结果为Linux,然后通过管道传送给tr命令,tr命令利用字符类\[:lower:\]和\[:upper:\]将LInux字符串转化为linux,然后再利用sed命令.最后的结果是HOSTOS=linux

export HOSTARCH HOSTOS

export 是Makefile的语法关键词,将这些变量传递给下一层的Makefile.总控Makefile的变量可以传递到下级的Makefile中（如果你显示的声明），但是不会覆盖下层的Makefile中所定义的变量，除非指定了“-e”参数。

在指定交叉编译链的时候，有这么一句：

\# set default to nothing for native builds

ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))

CROSS\_COMPILE ?=

Endif

前面我们知道HOSTARCH=I386而ARCH=arm，两者不等，所以我们要在前面加上一句，来指定交叉编译链，如下：

CROSS\_COMPILE = arm-lwm-linux-gnueabi-

\# set default to nothing for native builds

ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))

CROSS\_COMPILE ?=

Endif

还有就是makefile中没有smdk2410\_config，代替的是%\_config,这个在前一篇文章中已经讲过。

[http_blog.csdn.net_wxdcxp_archive_2009_11_18_4828011.aspx]: http://blog.csdn.net/wxdcxp/archive/2009/11/18/4828011.aspx
[U_BOOT]: http://blog.csdn.net/shanzhizi/article/category/1277259