u-boot的配置、編譯及鏈接

第一次寫技術博客，還有些興奮呢。我是CrazyCatJack,大家可以叫我CCJ或者瘋貓。我即將成為一名嵌入式Linux的驅動工程師，現在還是一枚大四狗，呼呼~大學期間做了一些項目和比賽，都是基於32位的MCU（例如STM32、Freescale K60），這些呢都是根據網上的視頻，PDF自學的。現在想更進一步，學習一下嵌入式Linux、UCOS-II等嵌入式系統。因為給板子加系統是一個必然趨勢，控制會越來越復雜，內容也越來越多的。有一個系統統籌管理是非常棒的選擇。好了，廢話少說，今天開始我的第一篇技術博客：u-boot的配置、編譯和鏈接^_^

1.u-boot的配置

　　首先，我們要想了解u-boot，最好是從Makefile開始看，就能知道u-boot要執行的操作了。就像C語言中的main函數一樣。在Makefile文件裡，和配置相關的語句如下：

OBJTREE        := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE        := $(CURDIR)
TOPDIR        := $(SRCTREE)
LNDIR        := $(OBJTREE)
export    TOPDIR SRCTREE OBJTREE

MKCONFIG    := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG


CCJ_config    :    unconfig
    @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t CCJ NULL s3c24x0

　　根據Makefile中ReadMe文件中的描述，我們要配置u-boot，就要執行"make <board name>_config"這條指令。所以從Makefile中要查找一下你所用的開發板型號的相關配置信息。一般廠家都會給你配置好u-boot，你也可以自己寫。在這裡就假設我們使用的開發板名字為“CCJ”。分析最後這條語句：

@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t CCJ NULL s3c24x0

　　第一個MKCONFIG在Makefile文件中已有定義，可以看到MKCONFIG:=$(SRCTREE)/mkconfig，也就是說我們要用源代碼樹下的mkconfig替換這條語句中的MKCONFIG。

　　第二個$(@的含義是用前面板子的名字替換掉後面的內容，而且不要“_config”,也就是說替換之後為CCJ。

　　現在經過替換，這條語句變成了：

./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0

　　後面的5個參數其實分別代表著你現在用到的硬件平台的架構、CPU、開發板型號名稱、供應商、SOC名稱。這個我們後面還會有講解。所以能夠看出這裡我用到的是ARM架構，CPU為ARM920T，開發板名稱為CCJ，SOC為S3C24X0。

　　那現在我們已經分析了這條配置語句所代表的含義，但它具體是怎麼工作的呢？是怎樣將我們寫好的這些硬件相關的信息進行具體配置賦值的呢？其實這裡我們調用了根目錄下的./mkconfig這一文件，就像C語言中的函數調用一樣，調用mkconfig這個文件，並傳入參數（arch,CPU,boardname,vendor,soc）為（arm arm920t CCJ NULL s3c24x0），來執行相應的操作。這麼說大家應該就理解了吧。所以接下來我們看mkconfig文件中是怎樣使用這些參數進行配置的。

　　現在我們打開mkconfig文件，先分析第一段代碼：

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"

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

echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..."

　　首先我們看到兩個參數的賦值，APPEND為“no”，這個參數我們後面會用到，BOARD_NAME為“”，非空。這裡大家會看到很多“$1,$2,$3...”等等，大家不要暈，其實很簡單的，他們都分別對應我們剛剛所說傳入的參數：

Makefile命令：             ./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0
mkconfig對應符號表示：           $0    $1   $2   $3     $4  $5     $6

　　所以這裡用到的$1其實就是"CCJ"，$2就是"arm"，以此類推。進入while語句，由於這句Makefile命令中沒有“--”,“-a”,“-n”。所以這個while其實什麼都沒干。如果大家在寫Makefile命令的時候，用到了“--”,“-a”,“-n”，則這裡會改變APPEND和BOARD_NAME兩個參數的值。我們這裡沒有改變。

　　接下來看下一句話 [ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" 這句話是說如果BOARD_NAME不為空，則BOARD_NAME等於$1,即“CCJ”。然後是 echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..." 這句話的含義就是打印“Configuring for CCJ board”,所以在我們執行“make CCJ_config”命令時，一定會打印出這句話來。其中CCJ是你開發板的型號。

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then
    mkdir -p ${OBJTREE}/include
    mkdir -p ${OBJTREE}/include2
    cd ${OBJTREE}/include2
    rm -f asm
    ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asm
    LNPREFIX="../../include2/asm/"
    cd ../include
    rm -rf asm-$2
    rm -f asm
    mkdir asm-$2
    ln -s asm-$2 asm
else
    cd ./include
    rm -f asm
    ln -s asm-$2 asm
fi

rm -f asm-$2/arch

　　接著往下看，上面這段代碼主要完成鏈接工作。首先if判斷 $SRCTREE 是否等於 $OBJTREE，這裡要注意了，這兩個參數是我們在Makefile文件中定義的。看我發的第一個代碼片中就有對它們的賦值。

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

　　第一條語句的意思是如果我們定義了BUILD_DIR，則OBJTREE等於 $BUILD_DIR，否則等於 $CURDIR。那麼這裡我沒有定義BUILD_DIR，所以OBJTREE= $CURDIR。所以現在OBJTREE=SRCTREE，則不執行if語句中的內容，而轉去執行else分支的內容。

　　首先進入./include目錄下，刪除原來生成的asm文件，重新建立asm文件，並鏈接到asm-$2文件。經過前面的講解，相信你已經知道asm-$2經過轉換，得到asm-arm。也就是說現在asm->asm-arm。最後刪除asm-arm/arch文件。同理，為後面重新建立連接做准備。

if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch
else
    ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch
fi

if [ "$2" = "arm" ] ; then
    rm -f asm-$2/proc
    ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc
fi

　　接著往下分析，如果$6不為空，或$6等於NULL，則執行if內的語句，我們$6=s3c24x0。所以執行分支語句，建立文件asm-am/arch，並指向arch-sac24x0。

　　第二個if中，因為$2等於arm，所以執行語句，刪除asm-arm/proc，建立文件asm-arm/proc，並指向proc-armv。

#
# Create include file for Make
#
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

#
# Create board specific header file
#
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

exit 0

　　現在是不是有點累了？我們開始分析mkconfig的最後一大段^_^。堅持就是勝利！！！

　　根據注釋，第一段代碼的作用是創建包含的文件，為配置做准備。這裡我們主要是創建config.mk文件。這裡說明一下">"表示創建某文件，">>"表示將內容添加到某文件。所以接下來幾行的含義就分別是：創建config.mk文件，並添加"ARCH = arm"，添加"CPU = arm920t",添加"BOARD = CCJ"語句。$5為NULL，不執行語句。$6為s3c24x0，添加"SOC =s3c24x0"所以，如果你嘗試著執行config.mk文件一定會出現如下信息：

ARCH  = arm
CPU  = arm920t
BOARD  = CCJ
SOC  = s3c24x0

　　接下來看第二段代碼，根據作者提供的注釋我們知道要創建開發板指定頭文件了。根絕最開始mkconfig中我們定義的APPEND值，執行語句，由於這裡我定義的是APPEND=no，所以執行else分支，創建config.h頭文件，並添加 /* Automatically generated - do not edit */ #include <configs/$1.h> 語句到config.h頭文件中。 最後執行 exit 0 退出mkconfig文件。

2.u-boot的編譯

　　接下來我們要做的就是編譯了，即make。我們回到Makefile文件，看與你所使用的硬件平台相關的代碼，這裡我使用的是ARM9。根據注釋，可以得知這段代碼用於載入架構，開發板信息，CPU的配置。

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

ifndef CROSS_COMPILE
ifeq ($(HOSTARCH),ppc)
CROSS_COMPILE =
else
ifeq ($(ARCH),ppc)
CROSS_COMPILE = powerpc-linux-
endif
ifeq ($(ARCH),arm)
CROSS_COMPILE = arm-linux-
endif
ifeq ($(ARCH),i386)
ifeq ($(HOSTARCH),i386)
CROSS_COMPILE =
else
CROSS_COMPILE = i386-linux-
endif
endif

　　在包含了我們之前所配置的config.mk文件後，Makefile代碼就會根據我們配置的具體架構信息選擇合適的交叉編譯，很明顯，因為我的是ARM架構，這裡CROSS_COMPILE=arm-linux-。

export    CROSS_COMPILE

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

　　接著往下看，最下面我們包含了頂層目錄下的config.mk文件。其實這裡我發現有一個問題，就是之前我們不是也生成了一個config.mk嗎？這其實是兩個文件。之前那個完完全全是我們自己創建的config.mk，它的作用就是為了給接下來包含的這個原作者書寫的config.mk傳值，傳遞CPU、SOC、ARCH、BOARD、VENDOR的參數值。如果你手頭上有下載好的u-boot源文件，打開u-boot文件夾，你就會看到一個config.mk。打開它就明白我剛剛所說的，傳遞的參數進入這個config,mk配置交叉編譯選項、選擇結構依賴規則。如下圖：

ifeq ($(ARCH),arm)
ifeq ($(CROSS_COMPILE),powerpc-netbsd-)
PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__
endif
ifeq ($(CROSS_COMPILE),powerpc-openbsd-)
PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__
endif
endif

ifeq ($(ARCH),blackfin)
PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__BLACKFIN__ -mno-underscore
endif

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

　　在這個文件中，也有調用結構依賴規則，就是你所用的硬件架構對應的結構規則config文件，這裡不再詳述。可以自己打開看看。

　　接下來接著看Makefile的命令：

# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)

OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o
OBJS := $(addprefix $(obj),$(OBJS))

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 

　　首先是目標文件start.o，然後是給LIBS變量指定平台/開發板相關的庫。這些庫是由各個模塊自身編譯生成的。（.a文件）

$(OBJS):
    echo $(OBJS)    
        $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

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

usb:
    $(MAKE) -C drivers/usb

$(SUBDIRS):
        $(MAKE) -C $@ all

　　這些.o文件和.a文件就是由上面的語句編譯生成的。其中庫文件是由每個模塊子目錄自己make後生成的。編譯過程就此結束。

3.u-boot的鏈接

　　通過連接，我們可以得到最終的u-boot的hex文件，srec文件，二進制文件，img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 $< $@

$(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.dis:    $(obj)u-boot
        $(OBJDUMP) -d $< > $@

$(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　　

　　LDFLAGS確定了程序地址和代碼段、數據段的排列位置。下圖是board/CCJ/u-boot.lds文件

SECTIONS
{
    . = 0x00000000;

    . = ALIGN(4);
    .text      :
    {
      cpu/arm920t/start.o    (.text)
          board/CCJ/boot_init.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);
    __bss_start = .;
    .bss : { *(.bss) }
    _end = .;
}

　　首先定義了基地址0x00000000,這個地址並不是我們實際存儲程序的地址，而是在board目錄下我們還要定義一個config.mk，包含內容TEXT_BASE = 0x33F80000。這個地址是我們自己定義的，基地址+偏移地址，才是u-boot程序最終存儲的地址（0+0x33F80000=0x33F80000）。首先存儲start.o的代碼段，初始化代碼段，然後是只讀數據段，數據段。就此，u-boot鏈接完畢。

　　第一次寫博客，感覺真挺累的，但是一寫就停不下來。還是很高興的，將自己學到的知識分享給大家，其實嵌入式的學習路程真的很長，需要不斷地努力，還要有興趣。我很喜歡喬布斯說的那句話：“人類追求極致，並分享給同類，然後才能共同進步。”在實際的編程、比賽、項目中，我們都需要合作和互相學習，尤其是不同領域的人們合作更會創造出令人驚歎的事物，會讓我們感歎人類創造力的同時讓生活更美好。這大概也是GPL協議的初衷吧，開源、但又尊重人們的自由和所屬權。

　　今天寫的博客都是基於這段時間的學習。希望能幫到大家。有寫的不對的地方也希望大家給我指正，我會非常高興，因為我喜歡交流^_^。

　　最後謝謝u-boot的作者，能夠將u-boot開源，並提供下載以供全世界的人們學習使用。我尊重u-boot的作者的版權：Wolfgang Denk, DENX Software Engineering, [email protected].　

U-Boot源代碼下載地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-07/38897.htm