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）exportTOPDIR SRCTREE OBJTREEMKCONFIG:= $（SRCTREE）/mkconfigexport MKCONFIGCCJ_config:unconfig@$（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 fileBOARD_NAME=""# Name to print in make outputwhile [ $# -gt 0 ] ; docase "$1" in--） shift ; break ;;-a） shift ; APPEND=yes ;;-n） shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;;*）break ;;esacdone[ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1"[ $# -lt 4 ] && exit 1[ $# -gt 6 ] && exit 1echo "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 s3c24x0mkconfig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" ] ; thenmkdir -p ${OBJTREE}/includemkdir -p ${OBJTREE}/include2cd ${OBJTREE}/include2rm -f asmln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asmLNPREFIX="../../include2/asm/"cd ../includerm -rf asm-$2rm -f asmmkdir asm-$2ln -s asm-$2 asmelsecd ./includerm -f asmln -s asm-$2 asmfirm -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" ] ; thenln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/archelseln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/archfiif [ "$2" = "arm" ] ; thenrm -f asm-$2/procln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/procfi 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.mkecho "CPU= $3" >> config.mkecho "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 filethenecho >> config.helse> config.h# Create new config filefiecho "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.hecho "#include <configs/$1.h>" >>config.hexit 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= armCPU= arm920tBOARD= 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 configurationinclude $（OBJTREE）/include/config.mkexportARCH CPU BOARD VENDOR SOCifndef CROSS_COMPILEifeq （$（HOSTARCH）,ppc）CROSS_COMPILE =elseifeq （$（ARCH）,ppc）CROSS_COMPILE = powerpc-linux-endififeq （$（ARCH）,arm）CROSS_COMPILE = arm-linux-endififeq （$（ARCH）,i386）ifeq （$（HOSTARCH）,i386）CROSS_COMPILE =elseCROSS_COMPILE = i386-linux-endifendif 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-。exportCROSS_COMPILE# load other configurationinclude $（TOPDIR）/config.mk 接着往下看，最下面我们包含了顶层目录下的config.mk文件。其实这里我发现有一个问题，就是之前我们不是也生成了一个config.mk吗？这其实是两个文件。之前那个完完全全是我们自己创建的config.mk，它的作用就是为了给接下来包含的这个原作者书写的config.mk传值，传递CPU、SOC、ARCH、BOARD、VENDOR的参数值。如果你手头上有下载好的u-boot源文件，打开u-boot文件夹，你就会看到一个config.mk。打开它就明白我刚刚所说的，传递的参数进入这个config,mk配置交叉编译选项、选择结构依赖规则。如下图：ifeq （$（ARCH）,arm）ifeq （$（CROSS_COMPILE）,powerpc-netbsd-）PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__endififeq （$（CROSS_COMPILE）,powerpc-openbsd-）PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__endifendififeq （$（ARCH）,blackfin）PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__BLACKFIN__ -mno-underscoreendififdefARCHsinclude $（TOPDIR）/$（ARCH）_config.mk# include architecture dependend rulesendififdefCPUsinclude $（TOPDIR）/cpu/$（CPU）/config.mk# includeCPUspecific rulesendififdefSOCsinclude $（TOPDIR）/cpu/$（CPU）/$（SOC）/config.mk# includeSoCspecific rulesendif 在这个文件中，也有调用结构依赖规则，就是你所用的硬件架构对应的结构规则config文件，这里不再详述。可以自己打开看看。接下来接着看Makefile的命令： # U-Boot objects....order is important （i.e. start must be first）OBJS= cpu/$（CPU）/start.oOBJS := $（addprefix $（obj）,$（OBJS））LIBS= lib_generic/libgeneric.aLIBS += board/$（BOARDDIR）/lib$（BOARD）.aLIBS += cpu/$（CPU）/lib$（CPU）.aifdef SOCLIBS += cpu/$（CPU）/$（SOC）/lib$（SOC）.aendifLIBS += lib_$（ARCH）/lib$（ARCH）.aLIBS += fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a 首先是目标文件start.o，然后是给LIBS变量指定平台/开发板相关的库。这些库是由各个模块自身编译生成的。（.a文件）$（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/"[ ]*$$/ for $（BOARD） board"/"） -d $< $@$（obj）u-boot.dis:$（obj）u-boot$（OBJDUMP） -d $< > $@$（obj）u-boot:depend version $（SUBDIRS） $（OBJS） $（LIBS） $（LDSCRIPT）UNDEF_SYM=`$（OBJDUMP） -x $（LIBS） |sed-n -e "s/.*（__u_boot_cmd_.*）/-u1/p"|sort|uniq`;cd $（LNDIR） && $（LD） $（LDFLAGS） $$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, wd@denx.de. U-Boot源代码下载地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-07/38897.htm本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-11/137058.htm