Android _ UBOOT分析(一)

--作者：赖玉平（peter lai）[email protected]

1 U-BOOT中的DDR初始化

设置参数：/uboot/include/configs/smdk6410.h

实际操作：/uboot/cpu/s3c6410/cpu_init.s

2 源代码组织

对于ARM而言，主要的目录如下：

board                 平台依赖 存放电路板相关的目录文件,每一套板子对 应一个目录。如ARMEasy6410 (arm1176)

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：arm920t、 xscale、s3c64xx等目录

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，如软件浮点。

common           通用 通用的多功能函数实现，如环境，命令，控制台相关的函数实现。

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

lib_generic      通用 通用库函数的实现

net                   通用 存放网络协议的程序

drivers            通用 通用的设备驱动程序，主要有以太网接口的驱动，nand驱动。
.......

makefile简要分析

所有这些目录的编译连接都是由顶层目录的makefile来确定的。

在执行make之前，先要执行make $(board)_config 对工程进行配置，以确定特定于目标板的各个子目录和头文件。

$(board)_config:是makefile 中的一个伪目标，它传入指定的CPU，ARCH，BOARD，SOC参数去执行mkconfig脚本。这个脚本的主要功能在于连接目标板平台相关的头文件夹，生成config.h文件包含板子的配置头文件。使得makefile能根据目标板的这些参数去编译正确的平台相关的子目录。

★解析：在编译U－BOOT之前，先要执行

# make ARMEasy6410_sd_config

ARMEasy6410_sd_config是Makefile的一个目标，定义如下：

ARMEasy6410_sd_config : unconfig

@$(MKCONFIG) ARMEasy6410 arm s3c64xx ARMEasy6410 samsung s3c6410 SD ram128

 unconfig::

@rm -f $(obj)include/config.h $(obj)include/config.mk /

  $(obj)board/*/config.tmp $(obj)board/*/*/config.tmp

显然，执行# make ARMEasy6410_sd_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) ARMEasy6410 arm s3c64xx ARMEasy6410 samsung s3c6410 SD ram128

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ARMEasy6410_sd_config而言，mkconfig主要做三件事：

@1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-s3c24x0    asm-arm/arch 

#ln -s   proc-armv       asm-arm/proc

@2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 = s3c64xx
BOARD = ARMEasy6410
VENDOR = samsung
SOC = s3c6410

@3生成include/config.h头文件：

/* Automatically generated - do not edit */ 

#define ARMEasy6410_BOOT_MEDIA_SD

#define ARMEasy6410_BOOT_RAM128

#include 
   

mkconfig脚本文件的执行至此结束，继续分析Makefile剩下部分。

★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。

★指定交叉编译器前缀：

ifeq ($(ARCH),arm) #这里根据ARCH变量，指定编译器前缀。

CROSS_COMPILE = arm-linux-

endif

★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

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，重要！ 

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 $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS) #指定了起始地址TEXT_BASE

＠指定编译规则：

$(obj)%.s: %.S
$(CPP) $(AFLAGS) -o $@ $<
$(obj)%.o: %.S
$(CC) $(AFLAGS) -c -o $@ $<
$(obj)%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

回到顶层makefile文件：

★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

★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 += net/libnet.a
LIBS += disk/libdisk.a
LIBS += rtc/librtc.a
LIBS += dtt/libdtt.a
LIBS += drivers/libdrivers.a
LIBS += drivers/nand/libnand.a
LIBS += drivers/nand_legacy/libnand_legacy.a
LIBS += drivers/sk98lin/libsk98lin.a
LIBS += post/libpost.a post/cpu/libcpu.a
LIBS += common/libcommon.a
LIBS += $(BOARDLIBS)

LIBS := $(addprefix $(obj),$(LIBS))
.PHONY : $(LIBS)

★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

$(obj)u-boot:  depend version $(SUBDIRS) $(OBJS) $(LIBS) $(LDSCRIPT) 
  UNDEF_SYM=`$(OBJDUMP) -x $(LIBS) |sed  -n -e ''''''''''''''''''''''''''''''''s/.*/(__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

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

@依赖目标version：生成版本信息到版本文件VERSION_FILE中。

version:

  @echo -n "#define U_BOOT_VERSION /"U-Boot " > $(VERSION_FILE); / 

  echo -n "$(U_BOOT_VERSION)" >> $(VERSION_FILE); / 

  echo -n $(shell $(CONFIG_SHELL) $(TOPDIR)/tools/setlocalversion / 

    $(TOPDIR)) >> $(VERSION_FILE); / 

  echo "/"" >> $(VERSION_FILE)

@伪目标SUBDIRS: 执行tools ,examples ,post,post/cpu 子目录下面的make文件。

SUBDIRS = tools / 

   examples / 

   post / 

   post/cpu 

.PHONY : $(SUBDIRS)

$(SUBDIRS): 

  $(MAKE) -C $@ all

@依赖目标$(OBJS)，即cpu/start.o

$(OBJS): 

  $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@))

@依赖目标$(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：

$(LIBS):
  $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@))

@依赖目标$(LDSCRIPT)：

LDSCRIPT := $(TOPDIR)/board/$(BOARDDIR)/u-boot.lds
LDFLAGS += -Bstatic -T $(LDSCRIPT) -Ttext $(TEXT_BASE) $(PLATFORM_LDFLAGS)

对于ARMeasy6410,LDSCRIPT即连接脚本文件是/board/samsung/ARMEasy6410/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_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS

{

. = 0x00000000;

. = ALIGN(4);

.text :

{/*.text的基地址由LDFLAGS中-Ttext $(TEXT_BASE)指定*/

cpu/s3c64xx/start.o (.text) /*start.o为首*/

cpu/s3c64xx/s3c6410/cpu_init.o (.text)

cpu/s3c64xx/onenand_cp.o (.text)

cpu/s3c64xx/nand_cp.o (.text)

cpu/s3c64xx/movi.o (.text)

*(.text)

lib_arm/div0.o

}

. = 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);

.mmudata : { *(.mmudata) }

. = 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-boot

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。

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 = bzlib.o bzlib_crctable.o bzlib_decompress.o / 

bzlib_randtable.o bzlib_huffman.o / 

crc32.o ctype.o display_options.o ldiv.o / 

string.o vsprintf.o zlib.o

SRCS  := $(COBJS:.o=.c) 

OBJS := $(addprefix $(obj),$(COBJS))

$(LIB): $(obj).depend $(OBJS) #项层Makefile执行make libgeneric.a

$(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一个make *_config传入ARCH，CPU，BOARD，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。然后再连接所有目标文件（库）生成最终的u-boot.bin。