u-boot的配置、编译及链接

第一次写技术博客，还有些兴奋呢。我是CrazyCatJack,大家可以叫我CCJ或者疯猫。我即将成为一名嵌入式Linux的驱动工程师，现在还是一枚大四狗，呼呼~大学期间做了一些项目和比赛，都是基于32位的MCU（例如STM32、Freescale K60），这些呢都是根据网上的视频，PDF自学的。现在想更进一步，学习一下嵌入式Linux、UCOS-II等嵌入式系统。因为给板子加系统是一个必然趋势，控制会越来越复杂，内容也越来越多的。有一个系统统筹管理是非常棒的选择。好了，废话少说，今天开始我的第一篇技术博客：u-boot的配置、编译和链接^_^

1.u-boot的配置

　　首先，我们要想了解u-boot，最好是从Makefile开始看，就能知道u-boot要执行的操作了。就像C语言中的main函数一样。在Makefile文件里，和配置相关的语句如下：

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

　　根据Makefile中ReadMe文件中的描述，我们要配置u-boot，就要执行"make <board name>_config"这条指令。所以从Makefile中要查找一下你所用的开发板型号的相关配置信息。一般厂家都会给你配置好u-boot，你也可以自己写。在这里就假设我们使用的开发板名字为“CCJ”。分析最后这条语句：

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

　　第一个MKCONFIG在Makefile文件中已有定义，可以看到MKCONFIG:=$(SRCTREE)/mkconfig，也就是说我们要用源代码树下的mkconfig替换这条语句中的MKCONFIG。

　　第二个$(@的含义是用前面板子的名字替换掉后面的内容，而且不要“_config”,也就是说替换之后为CCJ。

　　现在经过替换，这条语句变成了：

./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0

　　后面的5个参数其实分别代表着你现在用到的硬件平台的架构、CPU、开发板型号名称、供应商、SOC名称。这个我们后面还会有讲解。所以能够看出这里我用到的是ARM架构，CPU为ARM920T，开发板名称为CCJ，SOC为S3C24X0。

　　那现在我们已经分析了这条配置语句所代表的含义，但它具体是怎么工作的呢？是怎样将我们写好的这些硬件相关的信息进行具体配置赋值的呢？其实这里我们调用了根目录下的./mkconfig这一文件，就像C语言中的函数调用一样，调用mkconfig这个文件，并传入参数（arch,CPU,boardname,vendor,soc）为（arm arm920t CCJ NULL s3c24x0），来执行相应的操作。这么说大家应该就理解了吧。所以接下来我们看mkconfig文件中是怎样使用这些参数进行配置的。

　　现在我们打开mkconfig文件，先分析第一段代码：

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..."

　　首先我们看到两个参数的赋值，APPEND为“no”，这个参数我们后面会用到，BOARD_NAME为“”，非空。这里大家会看到很多“$1,$2,$3...”等等，大家不要晕，其实很简单的，他们都分别对应我们刚刚所说传入的参数：

Makefile命令：             ./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0
mkconfig对应符号表示：           $0    $1   $2   $3     $4  $5     $6

　　所以这里用到的$1其实就是"CCJ"，$2就是"arm"，以此类推。进入while语句，由于这句Makefile命令中没有“--”,“-a”,“-n”。所以这个while其实什么都没干。如果大家在写Makefile命令的时候，用到了“--”,“-a”,“-n”，则这里会改变APPEND和BOARD_NAME两个参数的值。我们这里没有改变。

　　接下来看下一句话 [ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" 这句话是说如果BOARD_NAME不为空，则BOARD_NAME等于$1,即“CCJ”。然后是 echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..." 这句话的含义就是打印“Configuring for CCJ board”,所以在我们执行“make CCJ_config”命令时，一定会打印出这句话来。其中CCJ是你开发板的型号。

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

　　接着往下看，上面这段代码主要完成链接工作。首先if判断 $SRCTREE 是否等于 $OBJTREE，这里要注意了，这两个参数是我们在Makefile文件中定义的。看我发的第一个代码片中就有对它们的赋值。

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

　　第一条语句的意思是如果我们定义了BUILD_DIR，则OBJTREE等于 $BUILD_DIR，否则等于 $CURDIR。那么这里我没有定义BUILD_DIR，所以OBJTREE= $CURDIR。所以现在OBJTREE=SRCTREE，则不执行if语句中的内容，而转去执行else分支的内容。

　　首先进入./include目录下，删除原来生成的asm文件，重新建立asm文件，并链接到asm-$2文件。经过前面的讲解，相信你已经知道asm-$2经过转换，得到asm-arm。也就是说现在asm->asm-arm。最后删除asm-arm/arch文件。同理，为后面重新建立连接做准备。

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

　　接着往下分析，如果$6不为空，或$6等于NULL，则执行if内的语句，我们$6=s3c24x0。所以执行分支语句，建立文件asm-am/arch，并指向arch-sac24x0。

　　第二个if中，因为$2等于arm，所以执行语句，删除asm-arm/proc，建立文件asm-arm/proc，并指向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

　　现在是不是有点累了？我们开始分析mkconfig的最后一大段^_^。坚持就是胜利！！！

　　根据注释，第一段代码的作用是创建包含的文件，为配置做准备。这里我们主要是创建config.mk文件。这里说明一下">"表示创建某文件，">>"表示将内容添加到某文件。所以接下来几行的含义就分别是：创建config.mk文件，并添加"ARCH  = arm"，添加"CPU  = arm920t",添加"BOARD  = CCJ"语句。$5为NULL，不执行语句。$6为s3c24x0，添加"SOC  =s3c24x0"所以，如果你尝试着执行config.mk文件一定会出现如下信息：

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

　　接下来看第二段代码，根据作者提供的注释我们知道要创建开发板指定头文件了。根绝最开始mkconfig中我们定义的APPEND值，执行语句，由于这里我定义的是APPEND=no，所以执行else分支，创建config.h头文件，并添加  /* Automatically generated - do not edit */    #include <configs/$1.h>  语句到config.h头文件中。 最后执行 exit 0 退出mkconfig文件。

2.u-boot的编译

　　接下来我们要做的就是编译了，即make。我们回到Makefile文件，看与你所使用的硬件平台相关的代码，这里我使用的是ARM9。根据注释，可以得知这段代码用于载入架构，开发板信息，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

　　在包含了我们之前所配置的config.mk文件后，Makefile代码就会根据我们配置的具体架构信息选择合适的交叉编译，很明显，因为我的是ARM架构，这里CROSS_COMPILE=arm-linux-。

export    CROSS_COMPILE

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

　　接着往下看，最下面我们包含了顶层目录下的config.mk文件。其实这里我发现有一个问题，就是之前我们不是也生成了一个config.mk吗？这其实是两个文件。之前那个完完全全是我们自己创建的config.mk，它的作用就是为了给接下来包含的这个原作者书写的config.mk传值，传递CPU、SOC、ARCH、BOARD、VENDOR的参数值。如果你手头上有下载好的u-boot源文件，打开u-boot文件夹，你就会看到一个config.mk。打开它就明白我刚刚所说的，传递的参数进入这个config,mk配置交叉编译选项、选择结构依赖规则。如下图：

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

　　在这个文件中，也有调用结构依赖规则，就是你所用的硬件架构对应的结构规则config文件，这里不再详述。可以自己打开看看。

　　

　　接下来接着看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 

　　首先是目标文件start.o，然后是给LIBS变量指定平台/开发板相关的库。这些库是由各个模块自身编译生成的。（.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

　　这些.o文件和.a文件就是由上面的语句编译生成的。其中库文件是由每个模块子目录自己make后生成的。编译过程就此结束。

3.u-boot的链接

　　通过连接，我们可以得到最终的u-boot的hex文件，srec文件，二进制文件，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确定了程序地址和代码段、数据段的排列位置。下图是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 = .;
}

　　首先定义了基地址0x00000000,这个地址并不是我们实际存储程序的地址，而是在board目录下我们还要定义一个config.mk，包含内容TEXT_BASE = 0x33F80000。这个地址是我们自己定义的，基地址+偏移地址，才是u-boot程序最终存储的地址（0+0x33F80000=0x33F80000）。首先存储start.o的代码段，初始化代码段，然后是只读数据段，数据段。就此，u-boot链接完毕。

　　

　　第一次写博客，感觉真挺累的，但是一写就停不下来。还是很高兴的，将自己学到的知识分享给大家，其实嵌入式的学习路程真的很长，需要不断地努力，还要有兴趣。我很喜欢乔布斯说的那句话：“人类追求极致，并分享给同类，然后才能共同进步。”在实际的编程、比赛、项目中，我们都需要合作和互相学习，尤其是不同领域的人们合作更会创造出令人惊叹的事物，会让我们感叹人类创造力的同时让生活更美好。这大概也是GPL协议的初衷吧，开源、但又尊重人们的自由和所属权。

　　今天写的博客都是基于这段时间的学习。希望能帮到大家。有写的不对的地方也希望大家给我指正，我会非常高兴，因为我喜欢交流^_^。

　　最后谢谢u-boot的作者，能够将u-boot开源，并提供下载以供全世界的人们学习使用。我尊重u-boot的作者的版权：Wolfgang Denk, DENX Software Engineering, [email protected].