第一次寫技術博客,還有些興奮呢。我是CrazyCatJack,大家可以叫我CCJ或者瘋貓。我即將成為一名嵌入式Linux的驅動工程師,現在還是一枚大四狗,呼呼~大學期間做了一些項目和比賽,都是基於32位的MCU(例如STM32、Freescale K60),這些呢都是根據網上的視頻,PDF自學的。現在想更進一步,學習一下嵌入式Linux、UCOS-II等嵌入式系統。因為給板子加系統是一個必然趨勢,控制會越來越復雜,內容也越來越多的。有一個系統統籌管理是非常棒的選擇。好了,廢話少說,今天開始我的第一篇技術博客:u-boot的配置、編譯和鏈接^_^
1.u-boot的配置
首先,我們要想了解u-boot,最好是從Makefile開始看,就能知道u-boot要執行的操作了。就像C語言中的main函數一樣。在Makefile文件裡,和配置相關的語句如下:
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR)) SRCTREE := $(CURDIR) TOPDIR := $(SRCTREE) LNDIR := $(OBJTREE) export TOPDIR SRCTREE OBJTREE MKCONFIG := $(SRCTREE)/mkconfig export MKCONFIG CCJ_config : unconfig @$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t CCJ NULL s3c24x0
根據Makefile中ReadMe文件中的描述,我們要配置u-boot,就要執行"make <board name>_config"這條指令。所以從Makefile中要查找一下你所用的開發板型號的相關配置信息。一般廠家都會給你配置好u-boot,你也可以自己寫。在這裡就假設我們使用的開發板名字為“CCJ”。分析最後這條語句:
@$(MKCONFIG) $(@:_config=) arm arm920t CCJ NULL s3c24x0
第一個MKCONFIG在Makefile文件中已有定義,可以看到MKCONFIG:=$(SRCTREE)/mkconfig,也就是說我們要用源代碼樹下的mkconfig替換這條語句中的MKCONFIG。
第二個$(@的含義是用前面板子的名字替換掉後面的內容,而且不要“_config”,也就是說替換之後為CCJ。
現在經過替換,這條語句變成了:
./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0
後面的5個參數其實分別代表著你現在用到的硬件平台的架構、CPU、開發板型號名稱、供應商、SOC名稱。這個我們後面還會有講解。所以能夠看出這裡我用到的是ARM架構,CPU為ARM920T,開發板名稱為CCJ,SOC為S3C24X0。
那現在我們已經分析了這條配置語句所代表的含義,但它具體是怎麼工作的呢?是怎樣將我們寫好的這些硬件相關的信息進行具體配置賦值的呢?其實這裡我們調用了根目錄下的./mkconfig這一文件,就像C語言中的函數調用一樣,調用mkconfig這個文件,並傳入參數(arch,CPU,boardname,vendor,soc)為(arm arm920t CCJ NULL s3c24x0),來執行相應的操作。這麼說大家應該就理解了吧。所以接下來我們看mkconfig文件中是怎樣使用這些參數進行配置的。
現在我們打開mkconfig文件,先分析第一段代碼:
APPEND=no # Default: Create new config file BOARD_NAME="" # Name to print in make output while [ $# -gt 0 ] ; do case "$1" in --) shift ; break ;; -a) shift ; APPEND=yes ;; -n) shift ; BOARD_NAME="${1%%_config}" ; shift ;; *) break ;; esac done [ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" [ $# -lt 4 ] && exit 1 [ $# -gt 6 ] && exit 1 echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..."
首先我們看到兩個參數的賦值,APPEND為“no”,這個參數我們後面會用到,BOARD_NAME為“”,非空。這裡大家會看到很多“$1,$2,$3...”等等,大家不要暈,其實很簡單的,他們都分別對應我們剛剛所說傳入的參數:
Makefile命令: ./mkconfig CCJ arm arm920t CCJ NULL s3c24x0 mkconfig對應符號表示: $0 $1 $2 $3 $4 $5 $6
所以這裡用到的$1其實就是"CCJ",$2就是"arm",以此類推。進入while語句,由於這句Makefile命令中沒有“--”,“-a”,“-n”。所以這個while其實什麼都沒干。如果大家在寫Makefile命令的時候,用到了“--”,“-a”,“-n”,則這裡會改變APPEND和BOARD_NAME兩個參數的值。我們這裡沒有改變。
接下來看下一句話 [ "${BOARD_NAME}" ] || BOARD_NAME="$1" 這句話是說如果BOARD_NAME不為空,則BOARD_NAME等於$1,即“CCJ”。然後是 echo "Configuring for ${BOARD_NAME} board..." 這句話的含義就是打印“Configuring for CCJ board”,所以在我們執行“make CCJ_config”命令時,一定會打印出這句話來。其中CCJ是你開發板的型號。
if [ "$SRCTREE" != "$OBJTREE" ] ; then mkdir -p ${OBJTREE}/include mkdir -p ${OBJTREE}/include2 cd ${OBJTREE}/include2 rm -f asm ln -s ${SRCTREE}/include/asm-$2 asm LNPREFIX="../../include2/asm/" cd ../include rm -rf asm-$2 rm -f asm mkdir asm-$2 ln -s asm-$2 asm else cd ./include rm -f asm ln -s asm-$2 asm fi rm -f asm-$2/arch
接著往下看,上面這段代碼主要完成鏈接工作。首先if判斷 $SRCTREE 是否等於 $OBJTREE,這裡要注意了,這兩個參數是我們在Makefile文件中定義的。看我發的第一個代碼片中就有對它們的賦值。
OBJTREE := $(if $(BUILD_DIR),$(BUILD_DIR),$(CURDIR)) SRCTREE := $(CURDIR)
第一條語句的意思是如果我們定義了BUILD_DIR,則OBJTREE等於 $BUILD_DIR,否則等於 $CURDIR。那麼這裡我沒有定義BUILD_DIR,所以OBJTREE= $CURDIR。所以現在OBJTREE=SRCTREE,則不執行if語句中的內容,而轉去執行else分支的內容。
首先進入./include目錄下,刪除原來生成的asm文件,重新建立asm文件,並鏈接到asm-$2文件。經過前面的講解,相信你已經知道asm-$2經過轉換,得到asm-arm。也就是說現在asm->asm-arm。最後刪除asm-arm/arch文件。同理,為後面重新建立連接做准備。
if [ -z "$6" -o "$6" = "NULL" ] ; then ln -s ${LNPREFIX}arch-$3 asm-$2/arch else ln -s ${LNPREFIX}arch-$6 asm-$2/arch fi if [ "$2" = "arm" ] ; then rm -f asm-$2/proc ln -s ${LNPREFIX}proc-armv asm-$2/proc fi
接著往下分析,如果$6不為空,或$6等於NULL,則執行if內的語句,我們$6=s3c24x0。所以執行分支語句,建立文件asm-am/arch,並指向arch-sac24x0。
第二個if中,因為$2等於arm,所以執行語句,刪除asm-arm/proc,建立文件asm-arm/proc,並指向proc-armv。
# # Create include file for Make # echo "ARCH = $2" > config.mk echo "CPU = $3" >> config.mk echo "BOARD = $4" >> config.mk [ "$5" ] && [ "$5" != "NULL" ] && echo "VENDOR = $5" >> config.mk [ "$6" ] && [ "$6" != "NULL" ] && echo "SOC = $6" >> config.mk # # Create board specific header file # if [ "$APPEND" = "yes" ] # Append to existing config file then echo >> config.h else > config.h # Create new config file fi echo "/* Automatically generated - do not edit */" >>config.h echo "#include <configs/$1.h>" >>config.h exit 0
現在是不是有點累了?我們開始分析mkconfig的最後一大段^_^。堅持就是勝利!!!
根據注釋,第一段代碼的作用是創建包含的文件,為配置做准備。這裡我們主要是創建config.mk文件。這裡說明一下">"表示創建某文件,">>"表示將內容添加到某文件。所以接下來幾行的含義就分別是:創建config.mk文件,並添加"ARCH = arm",添加"CPU = arm920t",添加"BOARD = CCJ"語句。$5為NULL,不執行語句。$6為s3c24x0,添加"SOC =s3c24x0"所以,如果你嘗試著執行config.mk文件一定會出現如下信息:
ARCH = arm CPU = arm920t BOARD = CCJ
SOC = s3c24x0
接下來看第二段代碼,根據作者提供的注釋我們知道要創建開發板指定頭文件了。根絕最開始mkconfig中我們定義的APPEND值,執行語句,由於這裡我定義的是APPEND=no,所以執行else分支,創建config.h頭文件,並添加 /* Automatically generated - do not edit */ #include <configs/$1.h> 語句到config.h頭文件中。 最後執行 exit 0 退出mkconfig文件。
2.u-boot的編譯
接下來我們要做的就是編譯了,即make。我們回到Makefile文件,看與你所使用的硬件平台相關的代碼,這裡我使用的是ARM9。根據注釋,可以得知這段代碼用於載入架構,開發板信息,CPU的配置。
# load ARCH, BOARD, and CPU configuration include $(OBJTREE)/include/config.mk export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC ifndef CROSS_COMPILE ifeq ($(HOSTARCH),ppc) CROSS_COMPILE = else ifeq ($(ARCH),ppc) CROSS_COMPILE = powerpc-linux- endif ifeq ($(ARCH),arm) CROSS_COMPILE = arm-linux- endif ifeq ($(ARCH),i386) ifeq ($(HOSTARCH),i386) CROSS_COMPILE = else CROSS_COMPILE = i386-linux- endif endif
在包含了我們之前所配置的config.mk文件後,Makefile代碼就會根據我們配置的具體架構信息選擇合適的交叉編譯,很明顯,因為我的是ARM架構,這裡CROSS_COMPILE=arm-linux-。
export CROSS_COMPILE # load other configuration include $(TOPDIR)/config.mk
接著往下看,最下面我們包含了頂層目錄下的config.mk文件。其實這裡我發現有一個問題,就是之前我們不是也生成了一個config.mk嗎?這其實是兩個文件。之前那個完完全全是我們自己創建的config.mk,它的作用就是為了給接下來包含的這個原作者書寫的config.mk傳值,傳遞CPU、SOC、ARCH、BOARD、VENDOR的參數值。如果你手頭上有下載好的u-boot源文件,打開u-boot文件夾,你就會看到一個config.mk。打開它就明白我剛剛所說的,傳遞的參數進入這個config,mk配置交叉編譯選項、選擇結構依賴規則。如下圖:
ifeq ($(ARCH),arm) ifeq ($(CROSS_COMPILE),powerpc-netbsd-) PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__ endif ifeq ($(CROSS_COMPILE),powerpc-openbsd-) PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__ARM__ endif endif ifeq ($(ARCH),blackfin) PLATFORM_CPPFLAGS+= -D__BLACKFIN__ -mno-underscore endif ifdef ARCH sinclude $(TOPDIR)/$(ARCH)_config.mk # include architecture dependend rules endif ifdef CPU sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/config.mk # include CPU specific rules endif ifdef SOC sinclude $(TOPDIR)/cpu/$(CPU)/$(SOC)/config.mk # include SoC specific rules endif
在這個文件中,也有調用結構依賴規則,就是你所用的硬件架構對應的結構規則config文件,這裡不再詳述。可以自己打開看看。
接下來接著看Makefile的命令:
# U-Boot objects....order is important (i.e. start must be first) OBJS = cpu/$(CPU)/start.o OBJS := $(addprefix $(obj),$(OBJS)) 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
首先是目標文件start.o,然後是給LIBS變量指定平台/開發板相關的庫。這些庫是由各個模塊自身編譯生成的。(.a文件)
$(OBJS): echo $(OBJS) $(MAKE) -C cpu/$(CPU) $(if $(REMOTE_BUILD),$@,$(notdir $@)) $(LIBS): $(MAKE) -C $(dir $(subst $(obj),,$@)) usb: $(MAKE) -C drivers/usb $(SUBDIRS): $(MAKE) -C $@ all
這些.o文件和.a文件就是由上面的語句編譯生成的。其中庫文件是由每個模塊子目錄自己make後生成的。編譯過程就此結束。
3.u-boot的鏈接
通過連接,我們可以得到最終的u-boot的hex文件,srec文件,二進制文件,img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 $< $@ $(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.dis: $(obj)u-boot $(OBJDUMP) -d $< > $@ $(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
LDFLAGS確定了程序地址和代碼段、數據段的排列位置。下圖是board/CCJ/u-boot.lds文件
SECTIONS { . = 0x00000000; . = ALIGN(4); .text : { cpu/arm920t/start.o (.text) board/CCJ/boot_init.o (.text) *(.text) } . = 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); __bss_start = .; .bss : { *(.bss) } _end = .; }
首先定義了基地址0x00000000,這個地址並不是我們實際存儲程序的地址,而是在board目錄下我們還要定義一個config.mk,包含內容TEXT_BASE = 0x33F80000。這個地址是我們自己定義的,基地址+偏移地址,才是u-boot程序最終存儲的地址(0+0x33F80000=0x33F80000)。首先存儲start.o的代碼段,初始化代碼段,然後是只讀數據段,數據段。就此,u-boot鏈接完畢。
第一次寫博客,感覺真挺累的,但是一寫就停不下來。還是很高興的,將自己學到的知識分享給大家,其實嵌入式的學習路程真的很長,需要不斷地努力,還要有興趣。我很喜歡喬布斯說的那句話:“人類追求極致,並分享給同類,然後才能共同進步。”在實際的編程、比賽、項目中,我們都需要合作和互相學習,尤其是不同領域的人們合作更會創造出令人驚歎的事物,會讓我們感歎人類創造力的同時讓生活更美好。這大概也是GPL協議的初衷吧,開源、但又尊重人們的自由和所屬權。
今天寫的博客都是基於這段時間的學習。希望能幫到大家。有寫的不對的地方也希望大家給我指正,我會非常高興,因為我喜歡交流^_^。
最後謝謝u-boot的作者,能夠將u-boot開源,並提供下載以供全世界的人們學習使用。我尊重u-boot的作者的版權:Wolfgang Denk, DENX Software Engineering, [email protected].
U-Boot源代碼下載地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-07/38897.htm