U-Boot编译过程解析
解压u-boot-2010.03.tar.bz2就可以得到全部U-Boot源程序。在顶层目录下有29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。
● 与处理器体系结构或者开发板硬件直接相关。
● 一些通用的函数或者驱动程序。
● U-Boot的应用程序、工具或者文件。
表1.5列出了U-Boot顶层目录下各级目录的存放原则。
表1.5 U-Boot的源码顶层目录说明
| 目 录 | 特 性 | 解 释 说 明 |
| board | 平台依赖 | 存放电路板相关的目录文件，如RPXlite(mpc8xx)、smdk2410(arm920t)、sc520_cdp(x86) 等目录 |
| cpu | 平台依赖 | 存放了CPU相关的目录文件，如mpc8xx、ppc4xx、arm720t、arm920t、xscale、i386等目录 |
| lib_ppc | 平台依赖 | 存放对PowerPC体系结构通用的文件，主要用于实现PowerPC平台通用的函数 |
| lib_arm | 平台依赖 | 存放对ARM体系结构通用的文件，主要用于实现ARM平台通用的函数 |
| lib_i386 | 平台依赖 | 存放对X86体系结构通用的文件，主要用于实现X86平台通用的函数 |
| lib_avr32 | 平台依赖 | 存放对AVR32体系结构通用的文件，主要用于实现AVR32平台通用的函数 |
| lib_blackfin | 平台依赖 | 存放对BLACKFIN体系结构通用的文件，主要用于实现BLACKFIN平台通用的函数 |
| lib_m68k | 平台依赖 | 存放对M68K体系结构通用的文件，主要用于实现M68K 平台通用的函数 |
| lib_microblaze | 平台依赖 | 存放对Microblaze体系结构通用的文件，主要用于实现Microblaze平台通用的函数 |
| lib_mips | 平台依赖 | 存放对MIPS体系结构通用的文件，主要用于实现MIPS平台通用的函数 |
| lib_nios | 平台依赖 | 存放对NIOS体系结构通用的文件，主要用于实现NIOS平台通用的函数 |
| lib_nios2 | 平台依赖 | 存放对NIOS体系结构通用的文件，主要用于实现NIOS2平台通用的函数 |
| lib_sh | 平台依赖 | 存放对SH体系结构通用的文件，主要用于实现SH平台通用的函数 |
| lib_sparc | 平台依赖 | 存放对SPARC体系结构通用的文件，主要用于实现SPARC平台通用的函数 |
| libfdt | 通用 | 支持设备树的库文件 |
| api | 通用 | 存放U-Boot提供的接口函数 |
| common | 通用 | 通用的代码，涵盖各个方面，以命令行处理为主 |
| disk | 通用 | 磁盘分区相关代码 |
| nand_spl | 通用 | NAND存储器相关代码 |
| 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 | 存放网络相关程序 |
| fs | 通用 | 存放文件系统相关程序 |
| post | 通用 | 存放上电自检程序 |
| drivers | 通用 | 通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动 |
| disk | 通用 | 硬盘接口程序 |
| examples | 应用例程 | 一些独立运行的应用程序的例子，如helloworld |
| tools | 工具 | 存放制作S-Record或者U-Boot格式的镜像等工具，如mkimage |
| doc | 文档 | 开发使用文档 |
| Rtc | 通用 | RTC的驱动程序 |
U-Boot的源代码包含对几十种处理器、数百种开发板的支持。可是对于特定的开发板，配置编译过程只需其中部分程序。这里以S3C2410处理器为例，具体分析S3C2410处理器和开发板所依赖的程序，以及U-Boot的通用函数和工具。
U-Boot的源码是通过gcc和Makefile组织编译的。顶层目录下的Makefile可以设置开发板的定义，然后递归地调用各级子目录下的Makefile，最后把编译过的程序链接成U-Boot映像。
1）顶层目录下的Makefile
Makefile负责U-Boot整体配置编译，按照配置的顺序阅读其中关键的几行。
每一种开发板在Makefile下都需要有主板配置的定义。例如，smdk2410开发板的定义如下：
smdk2410_config : unconfig
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t smdk2410 samsung s3c24x0
执行配置U-Boot的命令make smdk2410_config，通过mkconfig脚本生成include/config.mk的配置文件，文件内容正是根据Makefile对开发板的配置生成的。
ARCH = arm
CPU = arm920t
BOARD = smdk2410
VENDOR = samsung
SoC = s3c24x0
上面的include/config.mk文件定义了ARCH、CPU、BOARD、VENDOR、SoC这些变量，这样，硬件平台依赖的目录文件可以根据这些定义来确定。SMDK2410平台相关目录如下：
board/Samsung/smdk2410
cpu/arm920t/
cpu/arm920t/s3c24x0/
lib_arm/
include/configs/smdk2410.h
再回到顶层目录的Makefile文件开始的部分，其中，下列几行包含了这些变量的定义：
# load ARCH, BOARD, and CPU configuration
include $(obj)include/config.mk
export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC
Makefile的编译选项和规则在顶层目录的config.mk文件中定义，各种体系结构通用的规则直接在这个文件中定义。通过 ARCH、CPU、BOARD、VENDOR、SoC等变量为不同硬件平台定义不同选项。不同体系结构的规则分别包含在ppc_config.mk、 arm_config.mk、mips_config.mk等文件中。
顶层目录的Makefile中还要定义交叉编译器，以及编译U-Boot所依赖的目标文件
ifeq (arm,$(ARCH))
CROSS_COMPILE ?=arm-none-linux-gnueabi-
# 交叉编译器的前缀
endif
# load other configuration
include $(TOPDIR)/config.mk
# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first)
OBJS = cpu/$(CPU)/start.o # 处理器相关的目标文件
…
#定义依赖的目录，每个目录下先把目标文件连接成*.a文件
LIBS = lib_generic/libgeneric.a
LIBS += lib_generic/lzma/liblzma.a
LIBS += lib_generic/lzo/liblzo.a
LIBS += $(shell if [ -f board/$(VENDOR)/common/Makefile ];
Then echo "board/$(VENDOR)/common/lib$(VENDOR).a"; fi)
LIBS += cpu/$(CPU)/lib$(CPU).a
ifdef SOC
LIBS += cpu/$(CPU)/$(SOC)/lib$(SOC).a
endif
ifeq ($(CPU),ixp)
LIBS += cpu/ixp/npe/libnpe.a
endif
LIBS += lib_$(ARCH)/lib$(ARCH).a
…
还有U-Boot镜像编译的依赖关系如下：
ALL += $(obj)u-boot.srec $(obj)u-boot.bin $(obj)System.map $(U_BOOT_NAND)
$(U_BOOT_ONENAND)
all: $(ALL)
$(obj)u-boot.hex: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@
$(obj)u-boot.srec: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) -O srec $< $@
$(obj)u-boot.bin: $(obj)u-boot
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O binary $< $@
$(obj)u-boot.ldr: $(obj)u-boot
$(CREATE_LDR_ENV)
$(LDR) -T $(CONFIG_BFIN_CPU) -c $@ $< $(LDR_FLAGS)
$(obj)u-boot.ldr.hex: $(obj)u-boot.ldr
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O ihex $< $@ -I binary
$(obj)u-boot.ldr.srec: $(obj)u-boot.ldr
$(OBJCOPY) ${OBJCFLAGS} -O srec $< $@ -I 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.imx: $(obj)u-boot.bin
$(obj)tools/mkimage -n $(IMX_CONFIG) -T imximage \
-e $(TEXT_BASE) -d $< $@
$(obj)u-boot.kwb: $(obj)u-boot.bin
$(obj)tools/mkimage -n $(KWD_CONFIG) -T kwbimage \
-a $(TEXT_BASE) -e $(TEXT_BASE) -d $< $@
$(obj)u-boot.sha1: $(obj)u-boot.bin
$(obj)tools/ubsha1 $(obj)u-boot.bin
$(obj)u-boot.dis: $(obj)u-boot
$(OBJDUMP) -d $< > $@
Makefile默认的编译目标为all，包括u-boot.srec、u-boot.bin和System.map。u- boot.srec和u-boot.bin就是通过ld命令按照U-Boot.map地址表把目标文件组装成U-Boot的。其他Makefile内容就 不再详细分析了，通过上述代码分析应该可以为读者阅读代码提供一些线索。
2）开发板配置头文件
除了编译过程Makefile以外，还要在程序中为开发板定义配置选项或者参数。这个头文件是include/configs/<board_name>.h。<board_name>用相应的BOARD定义代替。
这个头文件中主要定义了两类形式的参数。
一类形式的参数用来选择处理器、设备接口、命令、属性等，以及定义总线频率、串口波特率、Flash地址等参数。
大部分参数前缀是CONFIG_，例如：
#define CONFIG_ARM920T 1
#define CONFIG_KGDB_BAUDRATE 115200
#define CONFIG_CS8900
#define CONFIG_KGDB_BAUDRATE 115200
另一类形式的参数为：
#define PHYS_FLASH_SIZE 0x00100000
#define USE_920T_MMU 1
根据对Makefile的分析，编译分为两步。第1步是配置，如make smdk2410_config；第2步是编译，执行make就可以了。
编译完成后，可以得到U-Boot各种格式的映像文件和符号表，如表1.6所示。
表1.6 U-Boot编译生成的映像文件
| 文 件 名 称 | 说 明 | 文 件 名 称 | 说 明 |
| System.map | U-Boot映像的符号表 | u-boot.bin | U-Boot映像原始的二进制格式 |
| u-boot | U-Boot映像的ELF格式 | u-boot.srec | U-Boot映像的S-Record格式 |
U-Boot的3种映像格式都可以烧写到Flash中，但需要看加载器能否识别这些格式。一般u-boot.bin最为常用，直接按照二进制格式下载，并且按照绝对地址烧写到Flash中就可以了。U-Boot和u-boot.srec格式映像都自带定位信息。
本文选自华清远见嵌入式培训教材《从实践中学嵌入式Linux应用程序开发》