01 uboot的配置和编译

uboot编译体验

windows与linux的启动过程对比

windows	linux
上电	上电
BIOS	BootLoader
引导操作系统	启动linux内核
识别磁盘	挂接根文件系统
运行应用程序	运行应用程序

BootLoader的最终目的：启动内核

uboot编译

解压老韦准备好的uboot源文件，并打好补丁，配置，然后编译，注意如果权限不够，最好将整个文件夹递归chmod，给权限777

patch -p1 < ../u-boot-1.1.6_jz2440.patch
make 100ask24x0_config
make

uboot烧录

使用老韦提供的oflash，在nand flash中完成烧录

uboot菜单

开机按空格，进入boot菜单
q退出
menu进入
help帮助
? + 指令查看使用方法
查看环境变量 pri
设置环境变量set
保存save

希望uboot实现的功能

从Flash读出内核
初始化SDRAM
将内核放到SDRAM
初始化时钟
启动内核

烧写Flash
网卡功能
USB功能
串口功能

uboot Makefile分析

一般编译的步骤为

• 先make xxxconfig配置
• 再make编译

分析配置过程

make 100ask24x0

在makefile可以看到配置的时候，执行的指令

100ask24x0_config	:	unconfig
	@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0

首先看MKCONFIG指的是什么，应该是源文件下的mkconfig

MKCONFIG	:= $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG

@$(MKCONFIG)，其中的@，表示在执行命令时不输出命令本身（不回显），只输出命令执行的结果
$(@:_config=)，这里用到了makefile的变量替换规则，$(VAR:A=B)表示替换变量$(VAR)中的A为B，这里的A位_config，B为空，VAR是$@，意思是目标文件，一般写在行首，往上找一行，发现$@的其实就是代指100ask24x0_config，所以最后的效果是将100ask24x0_config中的_config替换为空

得到替换后的表示形式

100ask24x0_config	:	unconfig
	mkconfig 100ask24x0 arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0

当执行配置命令的时候，就相当于去执行这个脚本mkconfig 100ask24x0 arm arm920t 100ask24x0 NULL s3c24x0

下一步去mkconfig脚本去分析
这一段是对传进来的参数进行判断，目前我们传的参数跟--,-a,-n,*无关，所以不用管

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

是否已经定义过BOARD_NAME，默认是没有的，如果没有定义过的话，就使用传进来的第一个参数$1，注意在shell脚本中，$0代表的是脚本文件名，参数是从$1开始的，这里的$1代指100ask24x0，执行完后的结果是变量BOARD_NAME的值为100ask24x0

BOARD_NAME=""	# Name to print in make output
[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"

下面分析参数的个数是否正常，@#就代指参数的个数，注意@#不把 $0算在内，因此这里的$#值是6
当参数的个数小于4，或者大于6，则认为异常，脚本直接退出

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

这是一句打印到终端的话，在脚本中使用echo打印字符串到屏幕显示，做提示用

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

以下代码先判断SRCTREE和OBJTREE是否相等，这两个变量要去Makefile去找，如下
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE := $(CURDIR)
其中要知道$(CURDIR)，CURDIR是Makefile内嵌的变量，即使没有定义，也能使用，它就代表当前目录
第一句话，如果定义过变量BUILD_DIR，则OBJTREE=BUILD_DIR，否则OBJTREE=CURDIR
由于没有定义过变量BUILD_DIR，因此OBJTREE和SRCTREE，都等于CURDIR
因此，这段代码，最终执行else分支，其中$2为arm，执行的结果是先强制删除文件asm（无论是否存在），然后创建一个链接文件asm，指向目录asm-arm
为什么会创建这个链接，主要是为了少修改代码，例如我们写程序时，有时要去包含头文件#include <asm/type.h>，这里的asm就会自动替换为asm-arm，去asm-arm目录下找type.h文件，下次如果编译i386时，它也会自动替换为#include <asm-i386/type.h>，这样换平台编译时，不用我们手动去修改代码，方便了很多

if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then
	。。。//太长省略
else
	cd ./include
	rm -f asm
	ln -s asm-$2 asm        //$2=arm
fi

$2指的是arm，因此替换后rm -f asm-arm/arch，删除asm-arm目录下的arch文件，如果你执行过配置的话，发现这个arch文件也是一个链接文件

rm -f asm-$2/arch //$2=arm

分析这段之前，先了解一下shell语法
if [ -z $string ]，这句话的意思是判断string变量是否为空
-o ，意思是逻辑或
因此第一句话的判断if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ]，意思就很明确了，判断参数$6是否为空或者为NULL，我们传进来的是s3c24x0，所以条件不满足，执行else分支
ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch，变量LNPREFIX目前为止还未定义，因此为空，我们将参数替换进去，最后的结果是ln -s arch-s3c24x0 asm-arm/arch，这句话创建了一个名为asm-arm/arch的链接文件，指向arch-s3c24x0

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

这句话判断$2是否为arm，显然条件是成立的，经过变量的替换
发现第一句话，是在强行删除一个链接文件，asm-arm/proc
第二句话，创建一个链接文件asm-arm/proc，指向proc-armv

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

先解释一下shell脚本中的 > 和 >>， 一个>表示将左边的结果，写到右边的文件（覆盖，从头开始写），两个>>表示追加到右边的文件（从末尾开始写）
前面三句话是输出，最后两句话是判断参数$5和$6是否为空或者为NULL，如果不为空，也不为NULL，则追加两句话到config.mk文件，由于$5为NULL，$6为s3c24x0，因此末尾会有追加SOC=s3c24x0
这里结果就是建立了一个文件，config.mk，该文件最终内容如下
ARCH = arm
CPU = arm920t
BOARD = 100ask24x0
SOC = s3c24x0

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

如果APPEND的值为yes，则末尾的两句话，将会以追加（末尾写）的形式，写入config.h
此处我们的的APPEND变量未定义，所以执行else分支，> 的左边什么都没写，意思是创建一个空的文件，名字为config.h，末尾两句话打印到config.h，其中第一句是一个注释信息，第二句是包含一个头文件#include <configs/100ask24x0.h>，最后使用exit退出脚本，返回值是0

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

编译过程的分析

makefile开头的部分，主要作用是生成版本的信息，其中version_autogenerated.h文件是由Makefile自动生成，在后面会将版本信息写进去，其它文件包含它后，就能读取出uboot的版本信息了，这个头文件其实是定义一个宏#define U_BOOT_VERSION "U-Boot 1.1.6"

VERSION = 1     //主版本号
PATCHLEVEL = 1  //补丁版本号
SUBLEVEL = 6    //次版本号
EXTRAVERSION =  //附加信息
U_BOOT_VERSION = $(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL)$(EXTRAVERSION)    //uboot版本 1.1.6
VERSION_FILE = $(obj)include/version_autogenerated.h    //存放版本信息字符串的文件名和目录

之前配置生成的config.mk，在Makefile中使用到了，我们在make的时候，怎么知道要用哪个工具链，就是通过这里指定，生成变量CROSS_COMPILE（如果没有手动指定的话）

# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
include $(OBJTREE)/include/config.mk
export	ARCH CPU BOARD VENDOR SOC
...
ifeq ($(ARCH),arm)
CROSS_COMPILE = arm-linux-
endif
...

这里是CPU是配置文件的arm920t

OBJS  = cpu/$(CPU)/start.o

LIB是将这些编译好的静态库文件，加入到LIBS变量中，LIBS会告诉编译器，要链接哪些库文件

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/usb/libusb.a
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS += common/libcommon.a
LIBS += $(BOARDLIBS)

这就是执行make后第一条编译的语句，目标all依赖于变量ALL
先看u-boot.bin，它又依赖u-boot，u-boot是一个elf格式的二进制文件，在这段的末尾，告诉了我们怎么生成它

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

$(obj)u-boot: ... 太长省略，关于这一段，如何生成elf格式的u-boot，可以在make命令执行后，生成的打印信息中看出来，在编译完成后，终端末尾打印了这段信息，刚好就是u-boot编译信息的展开

UNDEF_SYM=`arm-linux-objdump -x lib_generic/libgeneric.a board/100ask24x0/lib100ask24x0.a cpu/arm920t/libarm920t.a cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a lib_arm/libarm.a fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a net/libnet.a disk/libdisk.a rtc/librtc.a dtt/libdtt.a drivers/libdrivers.a drivers/nand/libnand.a drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a drivers/usb/libusb.a drivers/sk98lin/libsk98lin.a common/libcommon.a |sed  -n -e 's/.*\(__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\
                cd /work/system/u-boot-1.1.6 && arm-linux-ld -Bstatic -T /work/system/u-boot-1.1.6/board/100ask24x0/u-boot.lds -Ttext 0x33F80000  $UNDEF_SYM cpu/arm920t/start.o \
                        --start-group lib_generic/libgeneric.a board/100ask24x0/lib100ask24x0.a cpu/arm920t/libarm920t.a cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a lib_arm/libarm.a fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a fs/ext2/libext2fs.a net/libnet.a disk/libdisk.a rtc/librtc.a dtt/libdtt.a drivers/libdrivers.a drivers/nand/libnand.a drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a drivers/usb/libusb.a drivers/sk98lin/libsk98lin.a common/libcommon.a --end-group  \
                        -Map u-boot.map -o u-boot

UNDEF_SYM的展开先不用管，后面紧跟的cd /work/system/u-boot-1.1.6，进入这个目录，执行arm-linux-ld进行链接
利用-T指定了链接脚本u-boot.lds的位置，还指定了代码段存放的地址-Ttext 0x33F80000，再后面就是所有的源文件和静态库，最后-o输出u-boot

再看一下链接脚本怎么排放所有的段

SECTIONS
{
	. = 0x00000000;     //这个0会加上0x33F80000，后面的段，将放在0x33F80000之后，按序排放
	. = ALIGN(4);
	.text      :
	{
	  cpu/arm920t/start.o	(.text)                 //先放这个文件的代码段
          board/100ask24x0/boot_init.o (.text)  //放这个文件的代码段
	  *(.text)                                          //其它所有文件的代码段
	}
	. = ALIGN(4);                               //以四字节对齐
	.rodata : { *(.rodata) }                    //所有文件的只读数据段
	. = ALIGN(4);
	.data : { *(.data) }                        //所有文件的数据段
	. = ALIGN(4);
	.got : { *(.got) }
	. = .;
	__u_boot_cmd_start = .;
	.u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) }    //所有文件的u_boot_cmd段，uboot自己定义的，比较特殊
	__u_boot_cmd_end = .;
	. = ALIGN(4);
	__bss_start = .;
	.bss : { *(.bss) }                      //bss段，未初始化的全局变量
	_end = .;
}

分析Makefile的收获

• 第一个启动的文件：cpu/arm920t/start.S
• 链接地址：board/100ask24x0/u-boot.lds和0x33F80000

其中0x33F80000的定义见于board/100ask24x0/config.mk，其值为TEXT_BASE = 0x33F80000，然后在u-boot-1.1.6目录下的LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)，其中的TEXT_BASE就是所使用的链接地址，这句话展开后形式如下，也可以从make编译后打印信息的末尾中看到展开信息

LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)
		   -Bstatic -T /work/system/u-boot-1.1.6/board/100ask24x0/u-boot.lds -Ttext 0x33F80000