[ARM Linux系统移植] U-Boot make 分析

2021-1-23

[已归档]ARM开发

配置生成 .config 文件的编译过程在上一篇笔记：[ARM Linux系统移植] U-Boot make ???_defconfig 分析。

生成配置文件的下一步就是编译生成 u-boot.bin 文件，接下来就跟着学习文档过一遍 u-boot.bin 文件是如何生成的。

make 过程

由于此时 make 命令没有指定参数，所以会将第一个目标（_all）作为默认目标。因为不单独编译模块，所以 KBUILD_EXTMOD 变量为空；这时，_all 目标依赖于 all 目标。

  1. # That's our default target when none is given on the command line
  2. PHONY := _all
  3. _all:
  1. PHONY += all
  2. ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
  3. _all: all
  4. else
  5. _all: modules
  6. endif

因为 all 目标规则中的命令都是打印命令，所以这边对命令先不做关注，将注意力放在 ALL-y 这个依赖上。ALL-y 变量包括很多内容，这边只摘取了一部分。如第 733 行这样用到 CONFIG_ 前缀变量的形式，如果在 .config 文件中定义了这个变量为 y，那么展开就为 ALL-y，会为其添加特定的依赖目标。在第 731 行发现了生成 u-boot.bin 文件的 u-boot.bin 目标，所以再将注意力转移到这个目标上来。

  1. all:        $(ALL-y)
  1. ALL-y += u-boot.srec u-boot.bin u-boot.sym System.map u-boot.cfg binary_size_check
  2.  
  3. ALL-$(CONFIG_ONENAND_U_BOOT) += u-boot-onenand.bin

因为在指定生成的 .config 文件中没有定义 CONFIG_OF_SEPARATE 变量，所以以下选择分支选择的 else 分支。此时 u-boot.bin 目标依赖于 u-boot-nodtb.bin 和 FORCE 目标。因为 FORCE 目标只是个伪目标，确保指令每次都能执行，所以只需要关注 u-boot-nodtb.bin 目标。规则中的命令是将 u-boot-nodtb.bin 文件复制到 u-boot.bin 文件，详细信息可见附录里关于 if_changed 函数的分析。

  1. ifeq ($(CONFIG_OF_SEPARATE),y)
  2. u-boot-dtb.bin: u-boot-nodtb.bin dts/dt.dtb FORCE
  3.     $(call if_changed,cat)
  4.  
  5. u-boot.bin: u-boot-dtb.bin FORCE
  6.     $(call if_changed,copy)
  7. else
  8. u-boot.bin: u-boot-nodtb.bin FORCE
  9.     $(call if_changed,copy)
  10. endif

u-boot-nodtb.bin 目标又依赖于 u-boot 目标。u-boot 依赖的 u-boot.lds 目标和链接脚本文件的生成相关，这篇笔记先关注依赖中 u-boot-init 和 u-boot-main 这两个变量。u-boot-init 变量等于 head-y 变量，u-boot-main 变量等于 libs-y 变量。

  1. u-boot-nodtb.bin: u-boot FORCE
  1. u-boot: $(u-boot-init) $(u-boot-main) u-boot.lds FORCE
  2.     $(call if_changed,u-boot__)
  1. u-boot-init := $(head-y)
  2. u-boot-main := $(libs-y)

当前开发板环境下 head-y 变量定义在 arch/arm/Makefile 文件里，其值为 arch/arm/cpu/armv7/start.o 。

arch/arm/Makefile
  1. head-y := arch/arm/cpu/$(CPU)/start.o

libs-y 变量的内容非常多，下面摘取了一部分，可以看到都是首先定义了各个目录。然后在第 676 行会将 libs-y 变量转化成这些目录下的 built-in.o 文件名。built-in.o 文件是如何而来的，这部分会在 linux 顶层 makefile 中详细说明，这边可以先了解一个大概：以 drivers\gpio 目录举例，依据附录里的分析，可以看到其目录下有一个 .built-in.o.cmd 文件。从这个文件里看到 built-in.o 文件是由目录下各个由 .c 文件编译得到的 .o 文件链接所得到的。

部分 libs-y
  1. libs-y += lib/
  2. libs-$(HAVE_VENDOR_COMMON_LIB) += board/$(VENDOR)/common/
  3. libs-$(CONFIG_OF_EMBED) += dts/
  4. libs-y += fs/
  5. libs-y += net/
  6. libs-y += disk/
  7. libs-y += drivers/
  8. libs-y += drivers/dma/
  9. libs-y += drivers/gpio/
  10. libs-y += drivers/i2c/
  11. libs-y += drivers/mmc/
  12. libs-y += drivers/mtd/
  1. libs-y      := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))
drivers/gpio/.built-in.o.cmd
  • cmd_drivers/gpio/built-in.o := arm-linux-gnueabihf-ld.bfd -r -o drivers/gpio/built-in.o drivers/gpio/mxc_gpio.o

总结

由图 1 和以下 u-boot 目标执行的命令来看，最终会将各个 .o 文件链接成 u-boot.bin 文件。

  1. quiet_cmd_u-boot__ ?= LD      $@
  2.       cmd_u-boot__ ?= $(LD) $(LDFLAGS) $(LDFLAGS_u-boot) -o $@ \
  3.       -T u-boot.lds $(u-boot-init)                             \
  4.       --start-group $(u-boot-main) --end-group                 \
  5.       $(PLATFORM_LIBS) -Map u-boot.map
图1 整体流程

同时可以通过打印的信息查看一下最终的链接命令，打印出来的内容如图 2 所示，符合上述的理论分析。

图1 整体流程

附录 if_changed

在 u-boot.bin 的相关规则中有用到 if_changed 这个函数。就下方这条规则中，if_changed 的主要作用就是将 u-boot-nodtb.bin 文件拷贝到 u-boot.bin 文件。

  • u-boot.bin: u-boot-nodtb.bin FORCE
  •     $(call if_changed,copy)

if_changed 函数在 Kbuild.include 里定义。里面的 if 函数判断如 if_changed 函数的名称一样，只要发生变化（依赖比目标新）的时候才会生效，这边就先不关注 any-prereq 等变量的定义了。命令的第一句 set -e 是设置命令执行没有返回 true 就退出，以免引发更大的错误。

  1. # Execute command if command has changed or prerequisite(s) are updated.
  2. #
  3. if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),                       \
  4.     @set -e;                                                             \
  5.     $(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                             \
  6.     printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

if_changed 函数中第二句的 echo-cmd 变量定义如下，它会回显这句执行命令。其中的 escsq 函数是为了将 ' 转义成 \'：因此就例子中的 cp 命令而言，还是原本的命令。需要特别注意的是 echo-cmd 变量最后面的分号，makefile 中命令如果不换行的话可以使用分号分割命令，所以 echo-cmd 变量后面跟着的 cmd_$(1) 变量就起到执行命令的作用：例子中对应的 cmd_copy 变量，起到复制文件的作用。

  1. # echo command.
  2. # Short version is used, if $(quiet) equals `quiet_', otherwise full one.
  3. echo-cmd = $(if $($(quiet)cmd_$(1)),\
  4.     echo '  $(call escsq,$($(quiet)cmd_$(1)))$(echo-why)';)
  • quiet_cmd_copy = COPY    $@
  •       cmd_copy = cp $< $@
$(subst search-string,replace-string,text)

这是一个不具通配符能力的“搜索和替换”函数。它最常用于在文件名列表中将一个扩展名替换成另一个扩展名：

sources := count_words.c counter.c lexer.c

object := $(subst .c,.o,$(sources))

这可以在 $(sources) 中将所有出现 .c 字样的地方都替换成 .o，或者较一般的说法是，以“替换字符串”取代所有出现“搜索字符串”的地方。

if_changed 函数中最后一句是将执行命令的相关信息输出到文件里，而文件名由 dot-target 变量指定。dot-target 变量的制定规则是目标的目录名和文件名之间加一个点号，如注释里举的例子，foo/bar.o 会对应 foo/.bar.o 。因此 u-boot.bin 规则对应的写入文件名称是 .u-boot.bin.cmd，里面的内容也正是之前理论分析出来的内容。

  1. ###
  2. # Name of target with a '.' as filename prefix. foo/bar.o => foo/.bar.o
  3. dot-target = $(dir $@).$(notdir $@)
.u-boot.bin.cmd
  • cmd_u-boot.bin := cp u-boot-nodtb.bin u-boot.bin