U-Boot编译过程解析

解压u-boot-2010.03.tar.bz2就可以得到全部U-Boot源程序。在顶层目录下有29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。

● 与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关。
    ● 一些通用的函数或者驱动程序。
    ● U-Boot的应用程序、工具或者文件。

表1.5列出了U-Boot顶层目录下各级目录的存放原则。

表1.5 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，如RPXlite(mpc8xx)、smdk2410(arm920t)、sc520_cdp(x86) 等目录
cpu	平台依赖	存放了CPU相关的目录文件，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
lib_avr32	平台依赖	存放对AVR32体系结构通用的文件，主要用于实现AVR32平台通用的函数
lib_blackfin	平台依赖	存放对BLACKFIN体系结构通用的文件，主要用于实现BLACKFIN平台通用的函数
lib_m68k	平台依赖	存放对M68K体系结构通用的文件，主要用于实现M68K 平台通用的函数
lib_microblaze	平台依赖	存放对Microblaze体系结构通用的文件，主要用于实现Microblaze平台通用的函数
lib_mips	平台依赖	存放对MIPS体系结构通用的文件，主要用于实现MIPS平台通用的函数
lib_nios	平台依赖	存放对NIOS体系结构通用的文件，主要用于实现NIOS平台通用的函数
lib_nios2	平台依赖	存放对NIOS体系结构通用的文件，主要用于实现NIOS2平台通用的函数
lib_sh	平台依赖	存放对SH体系结构通用的文件，主要用于实现SH平台通用的函数
lib_sparc	平台依赖	存放对SPARC体系结构通用的文件，主要用于实现SPARC平台通用的函数
libfdt	通用	支持设备树的库文件
api	通用	存放U-Boot提供的接口函数
common	通用	通用的代码，涵盖各个方面，以命令行处理为主
disk	通用	磁盘分区相关代码
nand_spl	通用	NAND存储器相关代码
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	存放网络相关程序
fs	通用	存放文件系统相关程序
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
examples	应用例程	一些独立运行的应用程序的例子，如helloworld
tools	工具	存放制作S-Record或者U-Boot格式的镜像等工具，如mkimage
doc	文档	开发使用文档
Rtc	通用	RTC的驱动程序

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，配置编译过程只需其中部分程序。这里以S3C2410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。

U-Boot的源码是通过gcc和Makefile组织编译的。顶层目录下的Makefile可以设置开发板的定义，然后递归地调用各级子目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成U-Boot映像。

1）顶层目录下的Makefile

Makefile负责U-Boot整体配置编译，按照配置的顺序阅读其中关键的几行。

每一种开发板在Makefile下都需要有主板配置的定义。例如，smdk2410开发板的定义如下：

smdk2410_config : unconfig
        @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0

执行配置U-Boot的命令make smdk2410_config，通过mkconfig脚本生成include/config.mk的配置文件，文件内容正是根据Makefile对开发板的配置生成的。

ARCH = arm
    CPU = arm920t
    BOARD = smdk2410
    VENDOR = samsung
    SoC = s3c24x0

上面的include/config.mk文件定义了ARCH、CPU、BOARD、VENDOR、SoC这些变量，这样，硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录如下：

board/Samsung/smdk2410
    cpu/arm920t/
    cpu/arm920t/s3c24x0/
    lib_arm/
    include/configs/smdk2410.h

再回到顶层目录的Makefile文件开始的部分，其中，下列几行包含了这些变量的定义：

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
    include $(obj)include/config.mk
    export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC

Makefile的编译选项和规则在顶层目录的config.mk文件中定义，各种体系结构通用的规则直接在这个文件中定义。通过
ARCH、CPU、BOARD、VENDOR、SoC等变量为不同硬件平台定义不同选项。不同体系结构的规则分别包含在ppc_config.mk、
arm_config.mk、mips_config.mk等文件中。

顶层目录的Makefile中还要定义交叉编译器，以及编译U-Boot所依赖的目标文件
    ifeq (arm,$(ARCH))
        CROSS_COMPILE ?=arm-none-linux-gnueabi-
    # 交叉编译器的前缀
    endif
    # load other configuration
    include $(TOPDIR)/config.mk
    # U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)
    OBJS = cpu/$(CPU)/start.o # 处理器相关的目标文件
    …
    #定义依赖的目录，每个目录下先把目标文件连接成*.a文件
    LIBS = lib_generic/libgeneric.a
    LIBS += lib_generic/lzma/liblzma.a
    LIBS += lib_generic/lzo/liblzo.a
    LIBS += $(shell if [ -f board/$(VENDOR)/common/Makefile ];
    Then echo "board/$(VENDOR)/common/lib$(VENDOR).a"; fi)
    LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
    ifdef SOC
    LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
    endif
    ifeq ($(CPU),ixp)
    LIBS += cpu/ixp/npe/libnpe.a
    endif
    LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
    …

还有U-Boot镜像编译的依赖关系如下：

ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)
    $(U_BOOT_ONENAND)
    all: $(ALL)
    $(obj)u-boot.hex: $(obj)u-boot
            $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@
    $(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot
            $(OBJCOPY) -O srec $< $@
    $(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot
      $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
    $(obj)u-boot.ldr: $(obj)u-boot
            $(CREATE_LDR_ENV)
            $(LDR) -T $(CONFIG_BFIN_CPU) -c $@ $< $(LDR_FLAGS)
    $(obj)u-boot.ldr.hex: $(obj)u-boot.ldr
            $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@ -I binary
    $(obj)u-boot.ldr.srec: $(obj)u-boot.ldr
            $(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@ -I binary
    $(obj)u-boot.img: $(obj)u-boot.bin
            ./tools/mkimage -A $(ARCH) -T firmware -C none \
            -a $(TEXT_BASE) -e 0 \
            -n $(shell sed -n -e 's/.*U_BOOT_VERSION//p' $(VERSION_FILE) | \
                sed -e 's/"[ ]*$$/ for $(BOARD) board"/') \-d $< $@
    $(obj)u-boot.imx: $(obj)u-boot.bin
            $(obj)tools/mkimage -n $(IMX_CONFIG) -T imximage \
            -e $(TEXT_BASE) -d $< $@
    $(obj)u-boot.kwb: $(obj)u-boot.bin
            $(obj)tools/mkimage -n $(KWD_CONFIG) -T kwbimage \
            -a $(TEXT_BASE) -e $(TEXT_BASE) -d $< $@
    $(obj)u-boot.sha1: $(obj)u-boot.bin
            $(obj)tools/ubsha1 $(obj)u-boot.bin
    $(obj)u-boot.dis: $(obj)u-boot
            $(OBJDUMP) -d $< > $@

Makefile默认的编译目标为all，包括u-boot.srec、u-boot.bin和System.map。u-
boot.srec和u-boot.bin就是通过ld命令按照U-Boot.map地址表把目标文件组装成U-Boot的。其他Makefile内容就
不再详细分析了，通过上述代码分析应该可以为读者阅读代码提供一些线索。

2）开发板配置头文件

除了编译过程Makefile以外，还要在程序中为开发板定义配置选项或者参数。这个头文件是include/configs/<board_name>.h。<board_name>用相应的BOARD定义代替。

这个头文件中主要定义了两类形式的参数。

一类形式的参数用来选择处理器、设备接口、命令、属性等，以及定义总线频率、串口波特率、Flash地址等参数。

大部分参数前缀是CONFIG_，例如：

#define CONFIG_ARM920T 1
    #define CONFIG_KGDB_BAUDRATE 115200
    #define CONFIG_CS8900
    #define CONFIG_KGDB_BAUDRATE 115200

另一类形式的参数为：

#define PHYS_FLASH_SIZE 0x00100000
    #define USE_920T_MMU 1

根据对Makefile的分析，编译分为两步。第1步是配置，如make smdk2410_config；第2步是编译，执行make就可以了。

编译完成后，可以得到U-Boot各种格式的映像文件和符号表，如表1.6所示。

表1.6 U-Boot编译生成的映像文件

文 件 名 称	说 明	文 件 名 称	说 明
System.map	U-Boot映像的符号表	u-boot.bin	U-Boot映像原始的二进制格式
u-boot	U-Boot映像的ELF格式	u-boot.srec	U-Boot映像的S-Record格式

U-Boot的3种映像格式都可以烧写到Flash中，但需要看加载器能否识别这些格式。一般u-boot.bin最为常用，直接按照二进制格式下载，并且按照绝对地址烧写到Flash中就可以了。U-Boot和u-boot.srec格式映像都自带定位信息。

本文选自华清远见嵌入式培训教材《从实践中学嵌入式Linux应用程序开发》

    原文地址：http://www.farsight.com.cn/news/emb158.htm

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