当前 uboot 的配置已经完全变成Linux 内核的配置形式了,完全可以按照Linux 内核的分析方是区分析 uboot。
uboot 和 Linux的代码配置项由 Kconfig 来完成的,关于 Kconfig 语法,可参见:linux/Documentation/kbuild/kconfig-language.txt
在编译时,先进行配置,目的是根据需求选择功能以及编译生成方式类型(模式或包含在内核中).
配置项操作可以由如下命令中的其中一条来完成:
make config, make menuconfig, make oldconfig, make xx_defconfig
若已存在 .config 文件,make menuconfig 及 make oldconfig 都会把原 .config 另存为 .config.old。
在执行完其中一条 config 命令后,会生成 .config 及 autoconf 文件,autoconf 是根据配置项生成的相应宏定义,供 makefile 使用,当执行 make 命令时,就会根据 autoconf 定义的宏及 makefile 去编译源码。
u-boot的编译跟kernel编译一样,分两步执行:
- 第一步:配置,执行make xxx_defconfig
进行各项配置,生成.config
文件
- 第二部:编译,执行make进行编译,生成可执行的二进制文件u-boot.bin或u-boot.elf
make targets,targets 就是我们前述的那些命令,我们可以通过 make help 打印出来内核构建系统所支持的目标完整列表。
如下所示,是 make help 所打印的所有目标:
文件目标 就是 uboot 中所有格式的文件,之后就是构建时候 可以传入的参数。
最后还由一段话,就是 执行 make 或 make all 的时候,构建所有以 * 开头的目标,这里只有 * u-boot ,即使执行此项。
构建系同与 .config 相关的目标,就是上面用配置目标
在 ./Document/kbuild/makefiles.txt 中有详细介绍
顶层 Makefiles 读取从uboot 配置程序中生成的 .config 文件
在上述的所有文件中,除了顶层的 Makefile,其他文件都或直接、或间接的和 它相关联。这些关联可以分为两类:
(1)直接包含
在一个文件中,用 include 来包含另外的文件
(2)间接包含
使用 make -f 来调用,-f 是使用不同的 makefile 文件来进行 make 的选项。
由于 2018.03 的 uboot 版本中已经遗弃了 2440 所以我们选择一块其他开发板进行分析。
执行命令:make smdkc100_defconfig V=1
V = 1 的意思是打开编译过程
过程如下:
1 make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic 2 cc -Wp,-MD,scripts/basic/.fixdep.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -o scripts/basic/fixdep scripts/basic/fixdep.c 3 rm -f .tmp_quiet_recordmcount 4 make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig smdkc100_defconfig 5 cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.conf.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -D_GNU_SOURCE -DCURSES_LOC="" -DLOCALE -c -o scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/conf.c 6 cat scripts/kconfig/zconf.tab.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.tab.c 7 cat scripts/kconfig/zconf.lex.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.lex.c 8 cat scripts/kconfig/zconf.hash.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.hash.c 9 cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer -D_GNU_SOURCE -DCURSES_LOC=" " -DLOCALE -Iscripts/kconfig -c -o scripts/kconfig/zconf.tab.o scripts/kconfig/zconf.tab.c 10 cc -o scripts/kconfig/conf scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/zconf.tab.o 11 scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/smdkc100_defconfig Kconfig 12 # 13 # configuration written to .config 14 #
这一项是生成了 scripts/basic/fixdep 工具
这一项是生成了 scripts/kconfig/conf 工具
最后执行 scripts/kconfig/conf 工具 生成.config
可以知道 make xxx_defconfig 的执行主要分成三个部分:
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
,编译生成 scripts/basic/fixdep
工具make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig
编译生成 scripts/kconfig/conf
工具scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/xxx_defconfig Kconfig
生成最终的 .config
配置文件 make xxx_defconfig 的执行主要分成三个部分:
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
,编译生成 scripts/basic/fixdep
工具make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig
编译生成 scripts/kconfig/conf
工具scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/xxx_defconfig Kconfig
生成最终的 .config
配置文件 执行 make xxx_defconfig
命令时,u-boot 根目录下的 Makefile 中有唯一的规则匹配目标:
代码第 467 到 478 行
1 # =========================================================================== 2 # *config targets only - make sure prerequisites are updated, and descend 3 # in scripts/kconfig to make the *config target 4 5 KBUILD_DEFCONFIG := sandbox_defconfig 6 export KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG 7 8 config: scripts_basic outputmakefile FORCE 9 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@ 10 11 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE 12 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
注释意思为,仅限 *config 目标,确保先决条件已经更新,并在 scripts/kconfig 下创建 *config 目标。上面有两个变量 config 和 %config,% 符号为通配符,对应所有的 xxxconfig 目标,前面已经说过。我们的 make xxx_defconfig 就对应 %config,我们并没有执行 make config 命令。
Makefile中几种变量赋值运算符:
先往上分析下这段代码的执行条件: ifeq ($(config-targets),1),代码在415 到 447 行
1 # To make sure we do not include .config for any of the *config targets 2 # catch them early, and hand them over to scripts/kconfig/Makefile 3 # It is allowed to specify more targets when calling make, including 4 # mixing *config targets and build targets. 5 # For example 'make oldconfig all'. 6 # Detect when mixed targets is specified, and make a second invocation 7 # of make so .config is not included in this case either (for *config). 8 9 version_h := include/generated/version_autogenerated.h 10 timestamp_h := include/generated/timestamp_autogenerated.h 11 12 no-dot-config-targets := clean clobber mrproper distclean \ 13 help %docs check% coccicheck \ 14 ubootversion backup tests 15 16 config-targets := 0 17 mixed-targets := 0 18 dot-config := 1 19 20 ifneq ($(filter $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),) 21 ifeq ($(filter-out $(no-dot-config-targets), $(MAKECMDGOALS)),) 22 dot-config := 0 23 endif 24 endif 25 26 ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),) 27 ifneq ($(filter config %config,$(MAKECMDGOALS)),) 28 config-targets := 1 29 ifneq ($(words $(MAKECMDGOALS)),1) 30 mixed-targets := 1 31 endif 32 endif 33 endif
代码注释内容:为了确保我们不包含任何 * config 目标的 .config,请尽早捕获它们,并将它们交给 scripts / kconfig / Makefile。调用make 时允许指定更多目标,包括混合 * config 目标和构建目标。例如 'make oldconfig all' 。检测何时指定了混合目标,并进行make的第二次调用,因此 .config不包含在这种情况下(对于* config)。
变量 MAKECMDGOALS:make 在执行时会设置一个特殊变量 -- "MAKECMDGOALS" ,该变量记录了命令行参数指定的终极目标列表,没有通过参数指定终极目标时此变量为空。该变量仅限于用在特殊场合(比如判断),在 Makefile 中最好不要对它进行重新定义。
我们执行 make xxx_defconfig 的时候,MAKECMDGOALS 变量的值就为 xxx_defconfig。
filter 函数 和 filter-out 函数:
1 $(filter PATTERN…,TEXT) 2 函数名称: 过滤函数— filter。 3 函数功能: 过滤掉字串“ TEXT”中所有不符合模式“ PATTERN”的单词,保留所 4 有符合此模式的单词。可以使用多个模式。模式中一般需要包含模式字 5 符“ %”。存在多个模式时,模式表达式之间使用空格分割。 6 返回值:空格分割的“ TEXT”字串中所有符合模式“ PATTERN”的字串。 7 函数说明:“ filter”函数可以用来去除一个变量中的某些字符串
1 $(filter-out PATTERN...,TEXT) 2 函数名称: 反过滤函数— filter-out 3 函数功能: 和“ filter”函数实现的功能相反。过滤掉字串“ TEXT”中所有符合模式“ PATTERN”的单词,保留所有不符合此模式的单词。 可以有多个模式。存在多个模式时,模式表达式之间使用空格分割 4 返回值: 空格分割的“ TEXT”字串中所有不符合模式“ PATTERN”的字串。 5 函数说明: “ filter-out”函数也可以用来去除一个变量中的某些字符串,(实现和“ filter”函数相反)
代码执行的过程就为,如果 过滤掉 MAKECMDGOALS 不符合 no-dot-config-targets 后结果不为空,则执行分支语句。很显然过滤后为空,则不执行分支语句,dot-config 依然 值为1。
接着执行下一条 ifeq 语句,对 KBUILD_EXTMOD 进行判定。KBUILD_EXTMODE 的赋值地方在代码 182 到 191 行处:
1 # Use make M=dir to specify directory of external module to build 2 # Old syntax make ... SUBDIRS=$PWD is still supported 3 # Setting the environment variable KBUILD_EXTMOD take precedence 4 ifdef SUBDIRS 5 KBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS) 6 endif 7 8 ifeq ("$(origin M)", "command line") 9 KBUILD_EXTMOD := $(M) 10 endif
由注释可以知道,SUBDIRS 这个变量是通过执行 make 的时候传进来的,我们并没有执行此项,所以未定义SUBDIRS,第一个分支不会去走。第二个 if 语句为 ifeq 语句,这里使用 origin 函数。
origin 函数不是操作变量(即它的参数),它只是获取此变量(参数)相关的信息,告诉我们这个变量的出处(定义方式)。
那么 ifeq 语句可以理解为 如果make传入的命令行变量存在且是M,那么,变量KBUILD_EXTMOD变为变量M的值。
第一阶段中我们并没有传入 M 值,则 KBUILD_EXTMOD 值为空
继续回到此小节主代码处,当前执行 KBUILD_EXTMOD 的判定,此处满足 ifeq 条件,开始执行分支语句,分支语句同样是一个判断,首先过滤掉 MAKECMDGOALS 不符合 config 和 %config 模式的字符串,然后返回 xxx_defconfig ,xxx_defconfig 再与 空进行比较,if 语句为 ifneq ,很显然, filter 语句不为空,与空进行比较,满足 ifneq 执行语句。
此处将 config-targets 重新赋值为 1;赋值完后,进行 ifneq 条件判断,再次涉及 makefile 的函数——words。
显然我们的传入的单词数据为1,与1相等,则不执行分支,即 mixed-targets 不进行重新赋值,依然为0。
再代码进行到 ifeq ($(config-targets),1) 时候,先进行了 ifeq ($(mixed-targets),1)分支,如果 mixed-targets 则执行另一条分支,就不会再执行ifeq ($(config-targets),1) 了。我们这里执行的ifeq ($(mixed-targets),1) 的 else中的分支语句。
到此处,ifeq ($(config-targets),1) 是否会执行已经分析完毕。
当前我们已经知道的变量的值为:
ifeq ($(config-targets),1) 中也由else分支,我们从上面的小节可以知道,else 分支不会去执行。所以很多代码可以忽略了
从这里可以知道,此处此处选择语句一直执行到 1655 行,466~480 行才是我们需要分析的。
471 到 472 行
1 KBUILD_DEFCONFIG := sandbox_defconfig 2 export KBUILD_DEFCONFIG KBUILD_KCONFIG
这里定义了两个环境变量:
继续执行474 到 475 行
1 config: scripts_basic outputmakefile FORCE 2 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
此处目标没有匹配,不会去执行
继续执行477 478 行
1 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE 2 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
%config 依赖scripts_basic outputmakefile FORCE
(1)依赖 FORCE
FORCE 的定义在 1748 和 1749 行
1 PHONY += FORCE 2 FORCE:
FORCE
被定义为一个空目标。如果一个目标添加 FORCE
依赖,每次编译都会去先去执行 FORCE
(实际上什么都不做),然后运行命令更新目标,这样就能确保目标每次都会被更新。
(2)依赖 scripts_basic
392 - 402 行
1 # =========================================================================== 2 # Rules shared between *config targets and build targets 3 4 # Basic helpers built in scripts/ 5 PHONY += scripts_basic 6 scripts_basic: 7 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/basic 8 $(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount 9 10 # To avoid any implicit rule to kick in, define an empty command. 11 scripts/basic/%: scripts_basic ;
Q = @,MAKE = make,build 变量的定义在 scripts/Kbuild.include 文件中
主Makefile 在327-329 行包含 scripts/Kbuild.include 文件
1 # We need some generic definitions (do not try to remake the file). 2 scripts/Kbuild.include: ; 3 include scripts/Kbuild.include
build 变量在 scripts/Kbuild.include 在177 - 181 行定义
1 ### 2 # Shorthand for $(Q)$(MAKE) -f scripts/Makefile.build obj= 3 # Usage: 4 # $(Q)$(MAKE) $(build)=dir 5 build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj
srctree 定义在主 Makefile 中202-212 行
1 ifeq ($(KBUILD_SRC),) 2 # building in the source tree 3 srctree := . 4 else 5 ifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir $(CURDIR))) 6 # building in a subdirectory of the source tree 7 srctree := .. 8 else 9 srctree := $(KBUILD_SRC) 10 endif 11 endif
KBUILD_SRC (构建的源码目录) 在执行 make 命令的时候并没有传入,设为空,则srctree 为当前 uboot 源码的根目录
scripts/Kbuild.include 在177 - 181 行的展开为:build := -f ./scripts/Makefile.build obj
主 Makefile 中 scripts_basic 的展开为:
1 scripts_basic: 2 make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic # 根据传入的 obj 参数显示的执行 ./scripts/Makefile.build 文件 3 rm -f .tmp_quiet_recordmcount
./scripts/Makefile.build 文件之后再分析。
(3)outputmakefile 依赖
404 - 413 行
1 PHONY += outputmakefile 2 # outputmakefile generates a Makefile in the output directory, if using a 3 # separate output directory. This allows convenient use of make in the 4 # output directory. 5 outputmakefile: 6 ifneq ($(KBUILD_SRC),) 7 $(Q)ln -fsn $(srctree) source 8 $(Q)$(CONFIG_SHELL) $(srctree)/scripts/mkmakefile \ 9 $(srctree) $(objtree) $(VERSION) $(PATCHLEVEL) 10 endif
KBUILD_SRC 为空,所以ifneq 中的语句不会执行。 outputmakefile 为空
重新回到 %config 处
1 %config: scripts_basic outputmakefile FORCE 2 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
依据前面的条件,展开表达式为:
1 make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig
(1)scripts_basic 目标执行的命令
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
(2)%config 目标执行的命令
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig
(1)scripts_basic 目标执行的命令
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
(2)%config 目标执行的命令
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig
由以上分析可以知道,执行 make xxx_defconfig 需要执行 Makefile.build 脚本,第一次传入的参数为 scripts/basic,第二次传入的参数为 scripts/kconfig xxx_defconfig
make -f scripts/Makefile.build obj=scripts/basic 命令由于没有指定目标,所以会在 script/Makefile.build 中处理默认目标__build:
114~119 行
1 # We keep a list of all modules in $(MODVERDIR) 2 3 __build: $(if $(KBUILD_BUILTIN),$(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y)) \ 4 $(if $(KBUILD_MODULES),$(obj-m) $(modorder-target)) \ 5 $(subdir-ym) $(always) 6 @:
同时,在scripts/Makefile.build 中会包含进 scripts/basic 目录下的 Kbuild/Makefile,所以该make命令的实际效果是去编译出 scripts/basic 目录下的三个 host program,也就是 fixdep docproc和hash。
56 到 59 行 包含
1 # The filename Kbuild has precedence over Makefile 2 kbuild-dir := $(if $(filter /%,$(src)),$(src),$(srctree)/$(src)) 3 kbuild-file := $(if $(wildcard $(kbuild-dir)/Kbuild),$(kbuild-dir)/Kbuild,$(kbuild-dir)/Makefile) 4 include $(kbuild-file)
什么是host program?一般认为是和内核无关,但是要在编译过程中使用的工具程序。关于这些程序的编译,参考 scripts/Makefile.host 文件,以及 Documentation/kbuild/makefile.txt 文件中关于 host program 的这一节。
scripts/basic 文件中的 Makefile
1 hostprogs-y := fixdep 2 always := $(hostprogs-y) 3 4 # fixdep is needed to compile other host programs 5 $(addprefix $(obj)/,$(filter-out fixdep,$(always))): $(obj)/fixdep
文件 scripts/Makefile.build 会包含obj变量所指代目录内的 Makefile的,在这里就是 script/kconfig/Makefile。
所以这里得查看这个文件:120~125行
1 %_defconfig: $(obj)/conf 2 $(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@ $(Kconfig) 3 4 # Added for U-Boot (backward compatibility) 5 %_config: %_defconfig 6 @:
在这里,xxx_defconfig 需要依赖于同目录下的conf程序。这其实就是 Linux 内核进行Kconfig操作的主程序之一了,类似的还有mconf,qconf和gconf等。他们其实都是 host program。关于它们是如何被编译出来的,还请参见 scripts/kconfig/Makefile 文件,主要是借助于bison,flex和gperf三个工具来生成c源程序文件,之后再编译出来的。这部分和我们Linux内核的构建主题关系不大.
看一下 kconfig 的定义,变量的赋值在 scripts\kconfig'Makefile 中
1 ifdef KBUILD_KCONFIG 2 Kconfig := $(KBUILD_KCONFIG) 3 else 4 Kconfig := Kconfig 5 endif
由于变量 KBUILD_KCONFIG 在arm架构Makefile中没有被定义,所以 Kconfig 被定义成 arch/arm/kconfig,所以这个目标的规则就简化成:
1 /* silent 是确定是否执行静态编译 */ 2 ifeq ($(quiet),silent_) 3 silent := -s 4 endif 5 6 $(obj)/conf -s --defconfig=arch/arm/configs/xxx_defconfig arch/arm/Kconfig
这个命令就是读取并解析以 arch/arm/Kconfig 为首的内核功能选项配置文件,并将文件 arch/arm/configs/s3c2410_defconfig 所设置的默认值分配给对应的所有选项,最终生成隐藏配置文件 .config。
在 uboot 或内核开始真正编译之前,构建系统会以 .config 文件为蓝本生成 include/config/auto.conf 文件,这个文件的格式和 .config类似,这个文件会在顶层 以及 scripts/Makefile.build 文件中被直接包含进来,所以这些变量其实就成了 GNU Make 的变量。而uboot 或 内核各子目录中的 Kbuild/Makefile 就可以使用这些变量的定义,来决定是否将该目录下对应的代码功能直接编译到内核里面(这些变量取值为"y")、编译成模块(取值为"m")或者干脆不进行编译(取值为"空")。可以想见,如果选择不编译,那出来的Linux内核就不会有对应的功能。
在 arch/arm/Kconfig 文件中,我们可以查看到添加一块开发板需要大致更改的地方:
在配置的时候,配置工具首先会解析架构平台目录下的 Kconfig,这就是所谓和平台相关的主Kconfig。主Kconfig文件会包含其他目录的Kcofnig文件,而其他目录的Kconfig又会包含其他各子目录的 Kconfig。如此形成一个树型结构。
作为uboot 或 内核构建系统对 kconfig 的支持,到这步就算是结束了,其根本目标是产生 .config 隐藏文件,用以记录我们所需要的配置结果。但是在uboot或Linux内核里面,仅仅把配置结果保存在像 .config 这样一个文件中是不够的。在后面的配置中,依然会用到