【嵌入式移植】5、U-Boot源码分析2—make nanopi_neo2_defconfig

1 概述

上一章中，对Makefile相关源码进行了初步分析，这里结合编译过程具体分析其执行过程。

2 nanopi_neo2_defconfig

nanopi_neo2_defconfig文件位于./config/目录下，内容如下

CONFIG_ARM=y
CONFIG_ARCH_SUNXI=y
CONFIG_MACH_SUN50I_H5=y
CONFIG_DRAM_CLK=672
CONFIG_DRAM_ZQ=3881977
CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="sun50i-h5-nanopi-neo2"
# CONFIG_SYS_MALLOC_CLEAR_ON_INIT is not set
CONFIG_SPL=y
# CONFIG_CMD_FLASH is not set
# CONFIG_CMD_FPGA is not set
# CONFIG_SPL_DOS_PARTITION is not set
# CONFIG_SPL_ISO_PARTITION is not set
# CONFIG_SPL_EFI_PARTITION is not set
CONFIG_SUN8I_EMAC=y
CONFIG_USB_EHCI_HCD=y
CONFIG_SYS_USB_EVENT_POLL_VIA_INT_QUEUE=y

3 编译过程分析

首先通过make nanopi_neo2_defconfig -n命令，-n表示仅输出执行过程中的命令序列，而不真正执行

make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
set -e;  echo '  HOSTCC  scripts/basic/fixdep'; cc -Wp,-MD,scripts/basic/.fixdep.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer      -o scripts/basic/fixdep scripts/basic/fixdep.c  ; scripts/basic/fixdep scripts/basic/.fixdep.d scripts/basic/fixdep 'cc -Wp,-MD,scripts/basic/.fixdep.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer      -o scripts/basic/fixdep scripts/basic/fixdep.c  ' > scripts/basic/.fixdep.tmp; rm -f scripts/basic/.fixdep.d; mv -f scripts/basic/.fixdep.tmp scripts/basic/.fixdep.cmd
:
rm -f .tmp_quiet_recordmcount
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig
set -e;  echo '  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o'; cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.conf.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE   -c -o scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/conf.c; scripts/basic/fixdep scripts/kconfig/.conf.o.d scripts/kconfig/conf.o 'cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.conf.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE   -c -o scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/conf.c' > scripts/kconfig/.conf.o.tmp; rm -f scripts/kconfig/.conf.o.d; mv -f scripts/kconfig/.conf.o.tmp scripts/kconfig/.conf.o.cmd
echo '  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.tab.c'; cat scripts/kconfig/zconf.tab.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.tab.c
echo '  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.lex.c'; cat scripts/kconfig/zconf.lex.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.lex.c
echo '  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.hash.c'; cat scripts/kconfig/zconf.hash.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.hash.c
set -e;  echo '  HOSTCC  scripts/kconfig/zconf.tab.o'; cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE  -Iscripts/kconfig -c -o scripts/kconfig/zconf.tab.o scripts/kconfig/zconf.tab.c; scripts/basic/fixdep scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d scripts/kconfig/zconf.tab.o 'cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE  -Iscripts/kconfig -c -o scripts/kconfig/zconf.tab.o scripts/kconfig/zconf.tab.c' > scripts/kconfig/.zconf.tab.o.tmp; rm -f scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d; mv -f scripts/kconfig/.zconf.tab.o.tmp scripts/kconfig/.zconf.tab.o.cmd
set -e;  echo '  HOSTLD  scripts/kconfig/conf'; cc  -o scripts/kconfig/conf scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/zconf.tab.o  ; printf '%s\n' 'cmd_scripts/kconfig/conf := cc  -o scripts/kconfig/conf scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/zconf.tab.o  ' > scripts/kconfig/.conf.cmd
scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/../configs/nanopi_neo2_defconfig Kconfig

也可以通过make nanopi_neo2_defconfig V=1命令查看编译过程中的详细输出

make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
  cc -Wp,-MD,scripts/basic/.fixdep.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer      -o scripts/basic/fixdep scripts/basic/fixdep.c  
rm -f .tmp_quiet_recordmcount
make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig
  cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.conf.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE   -c -o scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/conf.c
  cat scripts/kconfig/zconf.tab.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.tab.c
  cat scripts/kconfig/zconf.lex.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.lex.c
  cat scripts/kconfig/zconf.hash.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.hash.c
  cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE  -Iscripts/kconfig -c -o scripts/kconfig/zconf.tab.o scripts/kconfig/zconf.tab.c
  cc  -o scripts/kconfig/conf scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/zconf.tab.o  
scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/../configs/nanopi_neo2_defconfig Kconfig
#
# configuration written to .config
#

下面根据上述内容，对照Makefile源码进行分析

3.1 编译目标

执行make nanopi_neo2_defconfig V=1时，编译目标为nanopi_neo2_defconfig ，即MAKECMDGOALS = nanopi_neo2_defconfig

在Makefile源码中搜索：defconfig:无相关项，搜索config:有两处匹配

对应Makefile中源码为

根据上一章3.16节的分析，当执行make xxx_defconfig时，此时config-targets = 1, mixed-targets = 0, dot-config = 1，满足第467行条件 ，因此分支有效。

根据编译目标MAKECMDGOALS = nanopi_neo2_defconfig，与第478行匹配（其中%为通配符），即nanopi_neo2_defconfig依赖项为scripts_basic outputmakefile FORCE，其中FORCE在第1702行定义

FORCE的依赖项与执行语句均为空，即为没有命令或者依赖的规则，这样的规则每次在执行时，目标总会被认为是最新的（更新过的），因此当它被作为其它规则的依赖时，由于FORCE总是被认为是更新过的，所以在FORCE所在的规则中定义的命令总会被执行

也就是说，由于FORCE是没有命令或者依赖的规则，而nanopi_neo2_defconfig依赖项包含FORCE，每次都会执行nanopi_neo2_defconfig规则的命令

将Makefile源码中的变量替换为其值，得到nanopi_neo2_defconfig规则的全貌（其中$@为Makefile的自动化变量，表示目前规则中所有的目标的集合）

nanopi_neo2_defconfig: scripts_basic outputmakefile FORCE
	make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig

对于依赖项outputmakefile，根据上一章分析可知为空，因此

nanopi_neo2_defconfig: scripts_basic FORCE
	make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig

3.2 scripts_basic

搜索Makefile中scripts_basic规则，仅有一处

scripts_basic规则没有依赖项，其命令为（-f为指定其它文件为描述文件）

scripts_basic:
	make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
	rm -f .tmp_quiet_recordmcount

对应命令序列的第1行和第3行，也即编译过程中输出信息的第1行和第3行

后续对./scripts/Makefile.build文件进行分析

3.2.1 prefix src定义

第9行~17行，定义了2个变量，这里obj在执行命令时输入，为scripts/basic

最终结果为

prefix = .
src = scripts/basic

3.2.2 PHONY

第19行~54行，定义PHONY等变量，并包含一些文件

PHONY为第一个出现的规则，也为默认规则，实际上的默认目标为其依赖项__build，在这里__build暂时为空

第57行~59行，定义了kbuild-file并包含。
首先是kbuild-dir的赋值，这里if语句不满足条件，因此kbuild-dir的值为后半部分$(srctree)/$(src)，即kbuild-dir = ./scripts/basic
而./scripts/basic目录下无Kbuild文件，因此58行的if语句不满足条件，kbuild-file的值为后半部分$(kbuild-dir)/Makefile，即kbuild-file = ./scripts/basic/Makefile
第59行包含此Makefile

3.2.3 __build

查找__build，在**第116行_{119行**定义了依赖项和规则，116行}118行为依赖项，119行为规则

这里KBUILD_BUILTIN、KBUILD_MODULES在顶层Makefile中定义：KBUILD_BUILTIN :=1 、KBUILD_MODULES :=，因此__build规则为

__build: $(builtin-target) $(lib-target) $(extra-y) $(subdir-ym) $(always)
	@:

builtin-target在第108行~110行定义

其中obj-y、obj-m、obj-、subdir-m、extra-y、subdir-ym均为空，则lib-target、builtin-target也为空

因此__build规则为

__build: $(always)
	@:

always在./scripts/basic/Makefile（根据前面的分析，在Makefile.build的第59行使用include关键字调用量，因此在第59行会先执行此Makefile文件中的内容）中赋值为always := $(hostprogs-y)，而hostprogs-y := fixdep，并增加obj的值作为前缀
故always = scripts/basic/fixdep，因此__build规则最终为

__build: scripts/basic/fixdep
	@:

因此__build规则也即scripts_basic规则最终结果为生成fixdep，根据注释可知，fixdep是用于编译其它的宿主机程序

3.2.4 fixdep

使用grep命令grep -rnw fixdep搜索fixdep关键字

可以看到在scripts/Makefile.build文件中存在相应规则

可知fixdep通过调用make-cmd函数，输入参数为cc_o_c编译而来；搜索make-cmd关键字，在scripts/Kbuild.include中有定义


可知在make-cmd中，输入参数将组合成cmd_$(1)，即cmd_cc_o_c；在scripts/路径下搜索cmd_cc_o_c


根据前述分析可知未定义CONFIG_MODVERSIONS，因此cmd_cc_o_c命令如下，其中@$为自动化变量，表示目标集合，@<表示所有的依赖集合

cmd_cc_o_c = $(CC) $(c_flags) -c -o $@ $<

结合编译输出

make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
  cc -Wp,-MD,scripts/basic/.fixdep.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer      -o scripts/basic/fixdep scripts/basic/fixdep.c  

即使用CC命令，将scripts/basic/fixdep.c编译为scripts/basic/fixdep

另：（通过gcc -v --help可以查看所有 用法）

• -Wp, 将逗号分隔的 传递给预处理器（preprocessor）；-MD,scripts/basic/.fixdep.d生成文件关联信息，包含目标文件所依赖的所有源代码，将输出导入到.d文件里面；
• -Wall生成所有警告信息;
• -Wstrict-prototypesWarn about unprototyped function declarations；
• -O0不做任何优化，这是默认的编译选项；
• -O1优化会消耗少多的编译时间，它主要对代码的分支，常量以及表达式等进行优化；
• -O2会尝试更多的寄存器级的优化以及指令级的优化，它会在编译期间占用更多的内存和编译时间；
• -O3在 O2 的基础上进行更多的优化，例如使用伪寄存器网络，普通函数的内联，以及针对循环的更多优化；
• -Os主要是对代码大小的优化，我们基本不用做更多的关心。

`-O0`不做任何优化，这是默认的编译选项；
`-Os`和`-O1`对程序做部分编译优化，对于大函数,优化编译占用稍微多的时间和相当大的内存。使用本项优化，编译器会尝试减小生成代码的尺寸，以及缩短执行时间，但并不执行需要占用大量编译时间的优化；
`-O2`是比 O1 更高级的选项，进行更多的优化，Gcc 将执行几乎所有的不包含时间和空间折中的优化。当设置 O2 选项时，编译器并不进行循环打开 loop unrolling 以及函数内联。与 O1 比较而言，O2 优化增加了编译时间的基础上，提高了生成代码的执行效率；
`-O3`比 O2 更进一步的进行优化，打开`-finline-functions`、`-fweb`、`-frename-registers`、`-funswitch-loops`优化选项，即使用伪寄存器网络，普通函数的内联，以及针对循环的更多优化

任何级别的优化都将带来代码结构的改变。例如：对分支的合并和消除，对公用子表达式的消除，对循环内 load/store 操作的替换和更改等，都将会使目标代码的执行顺序变得面目全非，导致调试信息严重不足；在 O2 优化后，编译器会对影响内存操作的执行顺序

3.3 obj=scripts/kconfig

上述分析已经执行make nanopi_neo2_defconfig所需依赖目标scripts_basic进行了分析，结果为生成fixdep工具

nanopi_neo2_defconfig: scripts_basic FORCE
	make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig

现在来看后续的命令语句

	make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig

根据3.2.1节和3.2.2节中对./scripts/Makefile.build文件的分析，各变量取值为

obj         = scripts/kconfig
prefix      = . 
src         = scripts/kconfig
kbuild-dir  = scripts/kconfig
kbuild-file = scripts/kconfig/Makefile

第59行通过include $(kbuild-file)语句调用scripts/kconfig/Makefile，目标为nanopi_neo2_defconfig，因此在文件中查找关键字defconfig

可知在第120行存在目标规则匹配

根据文件内变量取值，此规则翻译如下，其中$<表示依赖项的挨个值，这里只有一个，即scripts/kconfig/conf

nanopi_neo2_defconfig: scripts/kconfig/conf
	scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/nanopi_neo2_defconfig Kconfig

结合编译过程的输出，可知通过如下过程，编译出所需的conf工具
（conf工具主要由conf.c、zconf.tab.c、zconf.lex.c、zconf.hash.c几个文件编译而来；其中zconf.tab.c-Bison解析器、zconf.lex.c-flex解析器、zconf.hash.c-哈希解析器？，从名字可知为不同解析器的函数源码；main函数在conf.c中）

make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig nanopi_neo2_defconfig
  cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.conf.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE   -c -o scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/conf.c
  cat scripts/kconfig/zconf.tab.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.tab.c
  cat scripts/kconfig/zconf.lex.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.lex.c
  cat scripts/kconfig/zconf.hash.c_shipped > scripts/kconfig/zconf.hash.c
  cc -Wp,-MD,scripts/kconfig/.zconf.tab.o.d -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer    -D_DEFAULT_SOURCE -D_XOPEN_SOURCE=600 -DCURSES_LOC="" -DNCURSES_WIDECHAR=1 -DLOCALE  -Iscripts/kconfig -c -o scripts/kconfig/zconf.tab.o scripts/kconfig/zconf.tab.c
  cc  -o scripts/kconfig/conf scripts/kconfig/conf.o scripts/kconfig/zconf.tab.o  

然后使用此conf工具，执行

scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/../configs/nanopi_neo2_defconfig Kconfig

根据conf.c的main函数，通过输入参数获取配置文件路径，然后调用conf_read函数读取文件内容，再调用conf_write，将内容写入默认的.config文件中

故make nanopi_neo2_defconfig命令将生成fixdep、conf两个工具，

然后根据默认的配置文件nanopi_neo2_defconfig生成U-Boot根目录下的.config文件

完结撒花✿✿ヽ(°▽°)ノ✿