Uboot分析（二）
u-boot源码结构
在顶层目录下有18个子目录，分别存放和管理不同的源程序。这些目录中所要存放的文件有其规则，可以分为3类。
第1类目录与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关；
第2类目录是一些通用的函数或者驱动程序；
第3类目录是u-boot的应用程序、工具或者文档。
u-boot的源码顶层目录说明
目 录 特 性 解 释 说 明
board 平台依赖 存放开发板相关的目录文件,每一套板子对应一个目录。如RPXlite(mpc8xx)、
fsc100(arm_cortexa8)、sc520_cdp(x86) 等目录，子目录仅存放与开发板相关的c文件和配置文件，
不包含开发板CPU架构通用的实现文件
cpu 平台依赖 存放CPU相关的目录文件，每一款CPU对应一个目录。例如：mpc8xx、ppc4xx、
arm720t、arm_cortexa8、 xscale、i386等目录
lib_XXX 平台依赖 存放对XXX体系结构通用的文件，主要用于实现XXX平台通用的函数，如软件浮点
include 通用 头文件和开发板配置文件，所有开发板的配置文件都在configs目录下
common 通用 通用的多功能函数实现
lib_generic 通用 通用库函数的实现
net 通用 与网络协议栈相关的代码，如bootp协议、tftp协议、rarp协议和nfs
fs 通用 存放支持的文件系统，如cramfs、ext2、fat、fdos、jffs2、reiserfs、ubifs、yaffs2文件系统
post 通用 存放上电自检(Power On Self Test)程序
drivers 通用 通用的设备驱动程序，主要有串口、USB、mmc、以太网接口的驱动等
disk 通用 硬盘接口程序
rtc 通用 RTC实时时钟的驱动程序
api 通用 平台无关的应用接口
examples 应用例程 一些独立运行的应用程序的例子，例如helloworld
tools 工具 存放制作S-Record或者u-boot格式的映像等工具，例如mkimage
doc 文档 开发使用文档
View Code
.
|-- \
|-- 123.txt
|-- api
|-- board
|-- CHANGELOG
|-- CHANGELOG-before-U-Boot-1.1.5
|-- common
|-- config.mk
|-- COPYING
|-- cpu
|-- CREDITS
|-- disk
|-- doc
|-- drivers
|-- examples
|-- fs
|-- include
|-- lib_arm
|-- lib_avr32
|-- lib_blackfin
|-- libfdt
|-- lib_generic
|-- lib_i386
|-- lib_m68k
|-- lib_microblaze
|-- lib_mips
|-- lib_nios
|-- lib_nios2
|-- lib_ppc
|-- lib_sh
|-- lib_sparc
|-- MAINTAINERS
|-- MAKEALL
|-- Makefile
|-- mkconfig
|-- nand_spl
|-- net
|-- onenand_ipl
|-- post
|-- README
|-- rules.mk
|-- System.map
|-- tags
|-- tools
|-- u-boot
|-- u-boot.bin
|-- u-boot.lds
|-- u-boot.map
`-- u-boot.srec
29 directories, 20 filesmakefile简要分析:
主目录中的Makefile是对整个工程的编译链接规则进行了描述。
子目录中的Makfile主要是编译一些源文件并进行归档，生成一些静态库。
Mkconfig是个脚本文件，负责对主目录中makefile进行配置的文件。创建一些符号链接，并在include目录下创建了两个文件：config.mk和config.h。
config.mk包含了uboot运行的环境，定义了主目录和子目录makefile通用的变量,包括体系结构、处理器和板子。
Config.h中指明了板子相关的配置头文件。
所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的makefile来确定的。
1) Makefile中定义了源码及生成的目标文件存放的目录,目标文件存放目录BUILD＿DIR可以通过make O=dir 指定。如果没有指定，则设定为源码顶层目录。一般编译的时候不指定输出目录，则BUILD＿DIR为空。其它目录变量定义如下：
#OBJTREE和LNDIR为存放生成文件的目录，TOPDIR与SRCTREE为源码所在目录
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR))
SRCTREE := $(CURDIR)
TOPDIR := $(SRCTREE)
LNDIR := $(OBJTREE)
export TOPDIR SRCTREE OBJTREE
2）定义变量MKCONFIG：这个变量指向一个脚本，即顶层目录的mkconfig。
MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig
export MKCONFIG
在编译 U－BOOT之前，先要执行
# make fsc100_config
fsc100_config是Makefile的一个目标，定义如下：
fsc100_config: unconfig
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm_cortexa8 fsc100 samsung s5pc1xx
unconfig:
@rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk \
$(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp \
$(obj)include/autoconf.mk $(obj)include/autoconf.mk.dep
%: %_config
$(MAKE)
显然，执行# make fsc100_config时，先执行unconfig目标，注意不指定输出目标时，obj，src变量均为空，unconfig下面的命令清理上一次执行make *_config时生成的头文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。
然后才执行命令
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm_cortexa8 fsc100 samsung s5pc1xx
MKCONFIG 是顶层目录下的mkcofig脚本文件，后面五个是传入的参数。
对于fsc100_config而言，mkconfig主要做三件事：
在include文件夹下建立相应的文件（夹）软连接，
#如果是ARM体系将执行以下操作：
#ln -s asm-arm asm
#ln -s arch-s5pc1xx asm-arm/arch
#ln -s proc-armv asm-arm/proc
生成Makefile包含文件include/config.mk，内容很简单，定义了四个变量：
ARCH = arm
CPU = arm_cortexa8
BOARD = fsc100
VENDOR = samsung
SOC = s5pc1xx
生成 include/config.h头文件：
then
echo >> config.h
else
> config.h # Create new config file
fi
echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h
for i in ${TARGETS} ; do
echo "#define CONFIG_MK_${i} 1" >>config.h ;
done
cat << EOF >> config.h
#define CONFIG_BOARDDIR board/$BOARDDIR
#include <config_defaults.h>
#include <configs/$1.h>
#include <asm/config.h>
EOF
mkconfig脚本文件的执行至此结束，继续分析Makefile剩下部分。
3）包含include/config.mk，其实也就相当于在 Makefile里定义了上面四个变量而已。
4) 指定交叉编译器前缀：
# set default to nothing for native builds
ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))
CROSS_COMPILE ?=
endif
ifeq (arm,$(ARCH))#这里根据ARCH变量，指定编译器前缀
CROSS_COMPILE ?= arm-cortex_a8-linux-gnueabi-
endif
5)包含config.mk:
#包含顶层目录下的config.mk，这个文件里面主要定义了交叉编译器及选项和编译规则
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk
下面分析config.mk 的内容：
＠包含体系，开发板，CPU特定的规则文件：
ifdef ARCH #指定预编译体系结构选项
sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules
endif
ifdef CPU #定义编译时对齐，浮点等选项
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include CPU specific rules
endif
ifdef SOC #没有这个文件
sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include SoC specific rules
endif
ifdef BOARD #指定特定板子的镜像连接时的内存基地址
sinclude $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/config.mk # include board specific rules
endif
＠定义交叉编译链工具
# Include the make variables (CC, etc...)
#
AS = $(CROSS_COMPILE)as
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
CPP = $(CC) -E
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
NM = $(CROSS_COMPILE)nm
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
RANLIB = $(CROSS_COMPILE)RANLIB
＠定义AR选项ARFLAGS，调试选项DBGFLAGS，优化选项OPTFLAGS
预处理选项CPPFLAGS，C编译器选项CFLAGS，连接选项LDFLAGS
LDFLAGS += -Bstatic -T $(obj)u-boot.lds $(PLATFORM_LDFLAGS)
ifneq ($(TEXT_BASE),)
LDFLAGS += -Ttext $(TEXT_BASE)
endif #指定了起始地址TEXT_BASE
＠指定编译规则：
$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $<
$(obj)%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) $(AFLAGS_$(@F)) $(AFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -cldf
$(obj)%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c
$(obj)%.i: %.c
$(CPP) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c
$(obj)%.s: %.c
$(CC) $(CFLAGS) $(CFLAGS_$(@F)) $(CFLAGS_$(BCURDIR)) -o $@ $< -c -S
回到顶层makefile文件：
6）U-boot需要的目标文件。
OBJS = cpu/$(CPU)/start.o # 顺序很重要，start.o必须放第一位
7）需要的库文件：
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 := $(addprefix $(obj),$(LIBS))
.PHONY : $(LIBS)
根据上面的include/config.mk文件定义的ARCH、CPU、BOARD、SOC这些变量。硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。fsc100平台相关目录及对应生成的库文件如下。
board/fsc100/ ：库文件board/fsc100/libfsc100.a
cpu/arm_cortexa8/ ：库文件cpu/arm_cortexa8/libarm_cortexa8.a
cpu/arm_cortexa8/s5pc1xx/ : 库文件cpu/arm_cortexa8/s5pc1xx/libs5pc1xx.a
lib_arm/ : 库文件lib_arm/libarm.a
8）最终生成的各种镜像文件：
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 $< $@
#这里生成的是U-boot 的ELF文件镜像
GEN_UBOOT = \
UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBBOARD) $(LIBS) | \
sed -n -e 's/.*\($(SYM_PREFIX)__u_boot_cmd_.*\)/-u\1/p'|sort|uniq`;\
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-boot
$(obj)u-boot: depend $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBBOARD) $(LIBS) $(LDSCRIPT) $(obj)u-boot.lds$(GEN_UBOOT)
分析一下最关键的u-boot ELF文件镜像的生成：
@依赖目标depend :生成各个子目录的.depend文件，.depend列出每个目标文件的依赖文件。生成方法，调用每个子目录的make _depend。
depend dep:
for dir in $(SUBDIRS) ; do $(MAKE) -C $$dir _depend ; done
@伪目标SUBDIRS: 执行tools ,examples ,post,post/cpu 子目录下面的make文件。
SUBDIRS = tools \
examples/standalone \
examples/api
.PHONY : $(SUBDIRS)
$(SUBDIRS): depend
$(MAKE) -C $@ all
@依赖目标$(OBJS)，即cpu/start.o
$(OBJS): depend
$(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))
@依赖目标$(LIBBOARD)、$(LIBS)，这个目标太多，都是每个子目录的库文件*.a ，通过执行相应子目录下的make来完成：
$(LIBBOARD): depend $(LIBS)
$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
$(LIBS): depend $(SUBDIRS)
$(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))
@依赖目标$(LDSCRIPT)：
$(LDSCRIPT): depend
$(MAKE) -C $(dir $@) $(notdir $@)
@$(obj)u-boot.lds
u-boot.lds，定义了连接时各个目标文件是如何组织的。内容如下：
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x00000000;
. = ALIGN(4);
.text :
{
cpu/arm_cortexa8/start.o (.text)
board/samsung/fsc100/lowlevel_init.o
board/samsung/fsc100/mem_setup.o
board/samsung/fsc100/nand_cp.o
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.rodata : { *(SORT_BY_ALIGNMENT(SORT_BY_NAME(.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 = .;
}
@执行连接命令：
cd $(LNDIR) && $(LD) $(LDFLAGS) $$UNDEF_SYM $(__OBJS) \
--start-group $(__LIBS) --end-group $(PLATFORM_LIBS) \
-Map u-boot.map -o u-bootot
其实就是把start.o和各个子目录makefile生成的库文件按照LDFLAGS连接在一起，生成ELF文件u-boot 和连接时内存分配图文件u-boot.map。
9)对于各子目录的makefile文件，主要是生成*.o文件然后执行AR生成对应的库文件。如lib_generic文件夹Makefile：
LIB = $(obj)libgeneric.a
COBJS-$(CONFIG_ADDR_MAP) += addr_map.o
COBJS-$(CONFIG_BZIP2) += bzlib.o
COBJS-$(CONFIG_BZIP2) += bzlib_crctable.o
COBJS-$(CONFIG_BZIP2) += bzlib_decompress.o
COBJS-$(CONFIG_BZIP2) += bzlib_randtable.o
COBJS-$(CONFIG_BZIP2) += bzlib_huffman.o
COBJS-$(CONFIG_USB_TTY) += circbuf.o
COBJS-y += crc16.o
COBJS-y += crc32.o
COBJS-y += ctype.o
COBJS-y += display_options.o
COBJS-y += div64.o
COBJS-$(CONFIG_GZIP) += gunzip.o
COBJS-$(CONFIG_LMB) += lmb.o
COBJS-y += ldiv.o
COBJS-$(CONFIG_MD5) += md5.o
COBJS-y += net_utils.o
COBJS-$(CONFIG_SHA1) += sha1.o
COBJS-$(CONFIG_SHA256) += sha256.o
COBJS-y += string.o
COBJS-y += strmhz.o
COBJS-y += time.o
COBJS-y += vsprintf.o
COBJS-$(CONFIG_ZLIB) += zlib.o
COBJS-$(CONFIG_RBTREE) += rbtree.o
COBJS := $(COBJS-y)
SRCS := $(COBJS:.o=.c)
OBJS := $(addprefix $(obj),$(COBJS))
$(LIB): $(obj).depend $(OBJS)
$(AR) $(ARFLAGS) $@ $(OBJS)
整个makefile剩下的内容全部是各种不同的开发板的*_config:目标的定义了。
概括起来，工程的编译流程也就是通过执行执行一个make *_config传入ARCH，CPU，BOARD，VENDOR，SOC参数，mkconfig根据参数将include头文件夹相应的头文件夹连接好，生成 config.h。然后执行make分别调用各子目录的makefile 生成所有的obj文件和obj库文件*.a. 最后连接所有目标文件，生成镜像。不同格式的镜像都是调用相应工具由elf镜像直接或者间接生成的。
