LV110-uboot-bin生成过程

一、目标文件

配置好 uboot 以后就可以直接 make 编译了，因为没有指明目标，所以会使用默认目标，主 Makefile 中的默认目标如下：

# That's our default target when none is given on the command line
PHONY := _all
_all:

目标_all 又依赖于 all，在 Makefile 中如下所示 ：

# If building an external module we do not care about the all: rule
# but instead _all depend on modules
PHONY += all
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
_all: all
else
_all: modules
endif

如果 KBUILD_EXTMOD 为空的话 _all 依赖于 all 。这里不是单独编译模块，所以 KBUILD_EXTMOD 为空， _all 的依赖就是 all。

二、all 目标规则

在主 Makefile 中 all 目标规则如下：

all:		$(ALL-y)
ifeq ($(CONFIG_DM_I2C_COMPAT)$(CONFIG_SANDBOX),y)
	@echo >&2 "===================== WARNING ======================"
	@echo >&2 "This board uses CONFIG_DM_I2C_COMPAT. Please remove"
	@echo >&2 "(possibly in a subsequent patch in your series)"
	@echo >&2 "before sending patches to the mailing list."
	@echo >&2 "===================================================="
endif
#......
endif
	@# Check that this build does not use CONFIG options that we do not
	@# know about unless they are in Kconfig. All the existing CONFIG
	@# options are whitelisted, so new ones should not be added.
	$(call cmd,cfgcheck,u-boot.cfg)

all 里面其实是大量的打印信息，主要还是要看它的依赖$(ALL-y)。

三、ALL-y

在顶层 Makefile 中， ALL-y 如下 :

# Always append ALL so that arch config.mk's can add custom ones
ALL-y += u-boot.srec u-boot.bin u-boot.sym System.map binary_size_check

ALL-$(CONFIG_ONENAND_U_BOOT) += u-boot-onenand.bin
#......
ALL-$(CONFIG_OF_HOSTFILE) += u-boot.dtb
ifneq ($(CONFIG_SPL_TARGET),)
ALL-$(CONFIG_SPL) += $(CONFIG_SPL_TARGET:"%"=%)
endif
#......
# Add optional build target if defined in board/cpu/soc headers
ifneq ($(CONFIG_BUILD_TARGET),)
ALL-y += $(CONFIG_BUILD_TARGET:"%"=%)
endif
#......
ifeq ($(CONFIG_MPC85xx)$(CONFIG_OF_SEPARATE),yy)
ALL-y += u-boot-with-dtb.bin
endif

可以看出， ALL-y 一定包含 u-boot.srec、 u-boot.bin、 u-boot.sym、System.map、 u-boot.cfg 和 binary_size_check 这几个文件。根据 uboot 的配置情况也可能包含其他的文件，比如：

ALL-$(CONFIG_ONENAND_U_BOOT) += u-boot-onenand.bin

CONFIG_ONENAND_U_BOOT 就是 uboot 中跟 ONENAND 配置有关的，如果我们使能了 ONENAND，那么在.config 配置文件中就会有“CONFIG_ONENAND_U_BOOT = y”这一句。相当于 CONFIG_ONENAND_U_BOOT 是个变量，这个变量的值为“y”，所以展开以后就是：

ALL-y += u-boot-onenand.bin

这个就是.config 里面的配置参数的含义，这些参数其实都是变量，后面跟着变量值，会在顶层 Makefile 或者其他 Makefile 中调用这些变量。

四、u-boot.bin

ALL-y 里面有个 u-boot.bin，这个就是我们最终需要的 uboot 二进制可执行文件，所作的所有工作就是为了它。在顶层 Makefile 中找到 u-boot.bin 目标对应的规则，如下所示：

ifeq ($(CONFIG_MULTI_DTB_FIT),y)

fit-dtb.blob: dts/dt.dtb FORCE
	$(call if_changed,mkimage)

MKIMAGEFLAGS_fit-dtb.blob = -f auto -A $(ARCH) -T firmware -C none -O u-boot \
	-a 0 -e 0 -E \
	$(patsubst %,-b arch/$(ARCH)/dts/%.dtb,$(subst ",,$(CONFIG_OF_LIST))) -d /dev/null

u-boot-fit-dtb.bin: u-boot-nodtb.bin fit-dtb.blob
	$(call if_changed,cat)

u-boot.bin: u-boot-fit-dtb.bin FORCE
	$(call if_changed,copy)
else ifeq ($(CONFIG_OF_SEPARATE),y)
u-boot-dtb.bin: u-boot-nodtb.bin dts/dt.dtb FORCE
	$(call if_changed,cat)

u-boot.bin: u-boot-dtb.bin FORCE
	$(call if_changed,copy)
else
u-boot.bin: u-boot-nodtb.bin FORCE
	$(call if_changed,copy)
endif

可以搜索一下这个 CONFIG_MULTI_DTB_FIT，会发现是没有这个配置项的：

sumu@sumu-virtual-machine:~/7Linux/imx6ull-uboot$ grep -nRw "CONFIG_MULTI_DTB_FIT" ./
#......
./.config:654:# CONFIG_MULTI_DTB_FIT is not set

所以走的是 else 这部分，我们再搜一下 CONFIG_OF_SEPARATE：

sumu@sumu-virtual-machine:~/7Linux/imx6ull-uboot$ grep -nRw "CONFIG_OF_SEPARATE" ./
# ......
./.config:649:CONFIG_OF_SEPARATE=y

判断 CONFIG_OF_SEPARATE 是否等于 y，如果相等，那条件就成立。所以在这里是成立的。所以这一大段最后就是：

u-boot-dtb.bin: u-boot-nodtb.bin dts/dt.dtb FORCE
	$(call if_changed,cat)

u-boot.bin: u-boot-dtb.bin FORCE
	$(call if_changed,copy)

这部分就是制作 u-boot-dtb.bin 和 u-boot.bin 的规则，目标 u-boot.bin 依赖于 u-boot-dtb.bin，命令为$(call if_changed, copy) ， 这里调用了 if_changed ，if_changed 是一个函数 ，这个函数在 scripts/Kbuild.include 中有定义。而顶层 Makefile 中会包含 scripts/Kbuild.include 文件，这个前面已经说过了。 if_changed 在 scripts/Kbuild.include 中的定义如下：

if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),                       \
	@set -e;                                                             \
	$(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                             \
	printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

这里有一些关于 if_changed 的描述在 scripts/Kbuild.include：

###
# if_changed      - execute command if any prerequisite is newer than
#                   target, or command line has changed
# if_changed_dep  - as if_changed, but uses fixdep to reveal dependencies
#                   including used config symbols
# if_changed_rule - as if_changed but execute rule instead
# See Documentation/kbuild/makefiles.txt for more info

根据描述，在一些先决条件比目标新的时候，或者命令行有改变的时候， if_changed 就会执行一些命令。继续往后看就可以找到刚才的定义：

if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),                       \
	@set -e;                                                             \
	$(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                             \
	printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)

这里是函数 if_changed， if_changed 函数引用的变量比较多，也比较绕，我们只需要知道它可以从 u-boot-dtb.bin 生成 u-boot.bin 就行了。

五、u-boot-dtb.bin

1. 依赖目标

既然 u-boot.bin 依赖于 u-boot-dtb.bin，那么肯定要先生成 u-boot-dtb.bin 文件，顶层 Makefile 中相关代码如下：

u-boot-dtb.bin: u-boot-nodtb.bin dts/dt.dtb FORCE
	$(call if_changed,cat)

目标 u-boot-dtb.bin 又依赖于 u-boot-nodtb.bin， u-boot-nodtb.bin 的规则在 Makefile 中如下所示：

u-boot-nodtb.bin: u-boot FORCE
	$(call if_changed,objcopy)
	$(call DO_STATIC_RELA,$<,$@,$(CONFIG_SYS_TEXT_BASE))
	$(BOARD_SIZE_CHECK)

可以看到 u-boot-nodtb.bin 又依赖于 u-boot。

2. u-boot

2.1 u-boot 的依赖

u-boot 的规则在顶层 Makefile 中相关规则如下：

u-boot:	$(u-boot-init) $(u-boot-main) u-boot.lds FORCE
	+$(call if_changed,u-boot__)
ifeq ($(CONFIG_KALLSYMS),y)
	$(call cmd,smap)
	$(call cmd,u-boot__) common/system_map.o
endif

ifeq ($(CONFIG_RISCV),y)
	@tools/prelink-riscv $@ 0
endif

可以看到目标 u-boot 依赖于 u-boot-init、 u-boot-main 和 u-boot.lds， u-boot-init 和 u-boot-main 是两个变量，在顶层 Makefile 中有定义，值如下：

u-boot-init := $(head-y)
u-boot-main := $(libs-y)

2.2 head-y

$(head-y)跟 CPU 架构有关，我们使用的是 ARM 芯片，所以 head-y 在 arch/arm/Makefile 中被指定为：

head-y := arch/arm/cpu/$(CPU)/start.o

根据本篇笔记 “第一部分 第 11.3 变量导出” 小节，我们知道 CPU = armv7，因此 head-y 展开以后就是：

head-y := arch/arm/cpu/armv7/start.o

所以就有：

u-boot-init= arch/arm/cpu/armv7/start.o

2.3 libs-y

$(libs-y)在顶层 Makefile 中被定义为 uboot 所有子目录下 build-in.o 的集合，代码如下：

libs-y += lib/
libs-$(HAVE_VENDOR_COMMON_LIB) += board/$(VENDOR)/common/
libs-$(CONFIG_OF_EMBED) += dts/
libs-y += fs/
libs-y += net/
# ......
u-boot-dirs	:= $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(libs-y))) tools examples

u-boot-alldirs	:= $(sort $(u-boot-dirs) $(patsubst %/,%,$(filter %/, $(libs-))))

libs-y		:= $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))

从上面的代码可以看出， libs-y 都是 uboot 各子目录的集合，最后：

libs-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(libs-y))

这里调用了函数 patsubst，将 libs-y 中的“/”替换为”/built-in.o”，比如“drivers/dma/”就变为了“drivers/dma/built-in.o”，相当于将 libs-y 改为所有子目录中 built-in.o 文件的集合。那么 uboot-main 就等于所有子目录中 built-in.o 的集合。

2.4 u-boot.lds 规则

上面的这个 u-boot 规则就相当于将以 u-boot.lds 为链接脚本，将 arch/arm/cpu/armv7/start.o 和各个子目录下的 built-in.o 链接在一起生成 u-boot。u-boot.lds 的规则在 Makefile 中是这样的：

u-boot.lds: $(LDSCRIPT) prepare FORCE
	$(call if_changed_dep,cpp_lds)

2.5  built-in.o 怎么生成？

接下来的重点就是各子目录下的 built-in.o 是怎么生成的，以 drivers/gpio/built-in.o 为例，在 drivers/gpio/目录下会有个名为.built-in.o.cmd 的文件：

此文件内容如下：

cmd_drivers/gpio/built-in.o :=  arm-linux-gnueabihf-ld.bfd     -r -o drivers/gpio/built-in.o drivers/gpio/gpio-uclass.o drivers/gpio/74x164_gpio.o drivers/gpio/mxc_gpio.o

从命令“cmd_drivers/gpio/built-in.o”可以看出， drivers/gpio/built-in.o 这个文件是使用 ld 命令由文件 drivers/gpio/mxc_gpio.o 还有另外两个.o 生成而来的，其中 mxc_gpio.o 是 mxc_gpio.c 编译生成的.o 文件，其他两个也类似，这个是 NXP 的 I.MX 系列的 GPIO 驱动文件。这里用到了 ld 的“-r”参数，参数含义如下：-r –relocateable: 产生可重定向的输出，比如，产生一个输出文件它可再次作为‘ld’ 的输入，这经常被叫做“部分链接”，当我们需要将几个小的.o 文件链接成为一个.o 文件的时候，需要使用此选项。

2.6 u-boot 的生成

最终将各个子目录中的 built-in.o 文件链接在一起就形成了 u-boot，使用如下命令编译 uboot 就可以看到链接的过程：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_defconfig 
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16

将其整理一下，内容如下：

arm-linux-gnueabihf-ld.bfd   -pie  --gc-sections -Bstatic  --no-dynamic-linker -Ttext 0x87800000 \
-o u-boot -T u-boot.lds \
arch/arm/cpu/armv7/start.o --start-group  \
arch/arm/cpu/built-in.o  \
arch/arm/cpu/armv7/built-in.o  \
#......
lib/built-in.o  \
net/built-in.o --end-group \
arch/arm/lib/eabi_compat.o  \
arch/arm/lib/lib.a \
-Map u-boot.map;  \
true

可以看出最终是用 arm-linux-gnueabihf-ld.bfd 命令将 arch/arm/cpu/armv7/start.o 和其他众多的 built_in.o 链接在一起，形成 u-boot。目标 all 除了 u-boot.bin 以外还有其他的依赖，比如 u-boot.srec 、 u-boot.sym 、 System.map、u-boot.cfg 和 binary_size_check 等等，这些依赖的生成方法和 u-boot.bin 很类似，这里就不再详细说明了。

六、总结一下

这个图是按照 uboot 2016.03 画的，2019.04 有所不同，2019.04 使用设备树了，但是流程大概都是一样的。

make xxx_defconfig： 用于配置 uboot，这个命令最主要的目的就是生成.config 文件。 make：用于编译 uboot，这个命令的主要工作就是生成二进制的 u-boot.bin 文件和其他的一些与 uboot 有关的文件，比如 u-boot.imx 等等。