LV05-01-uboot-06-顶层Makefile-02-相关过程分析

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本文主要是学习uboot顶层Makefile的相关笔记。若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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一、make xxx_defconfig 过程

在编译 uboot 之前要使用“make xxx_defconfig”命令来配置 uboot，那么这个配置过程是如何运行的呢？

1. 顶层Makefile内容

1.1 422~437行

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第 422 行定义了变量 version_h，这变量保存版本号文件，此文件是自动生成的。文件 include/generated/version_autogenerated.h（编译后才会生成）内容如下所示： 

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#define PLAIN_VERSION "2016.03-g7fd772f"
#define U_BOOT_VERSION "U-Boot " PLAIN_VERSION
#define CC_VERSION_STRING "arm-linux-gnueabihf-gcc (Linaro GCC 4.9-2017.01) 4.9.4"
#define LD_VERSION_STRING "GNU ld (Linaro_Binutils-2017.01) 2.24.0.20141017 Linaro 2014_11-3-git"

第 423 行定义了变量 timestamp_h，此变量保存时间戳文件，此文件也是自动生成的。文件include/generated/timestamp_autogenerated.h 内容如下：

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#define U_BOOT_DATE "Jul 30 2023"
#define U_BOOT_TIME "12:23:59"
#define U_BOOT_TZ "+0800"
#define U_BOOT_DMI_DATE "07/30/2023"

第 425 行定义了变量 no-dot-config-targets。

第 429 行定义了变量 config-targets，初始值为 0。

第 430 行定义了变量 mixed-targets，初始值为 0。

第 431 行定义了变量 dot-config，初始值为 1。

第 433 行将 MAKECMDGOALS 中不符合 no-dot-config-targets 的部分过滤掉，剩下的如果不为空的话条件就成立。 MAKECMDGOALS 是 make 的一个环境变量，这个变量会保存我们所指定的终极目标列表，比如执行“make mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig”，那么 MAKECMDGOALS就为mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig。很明显过滤后为空，所以条件不成立，变量 dot-config 依旧为 1。

1.2 439~446行

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第439行判断KBUILD_EXTMOD是否为空，如果KBUILD_EXTMOD为空的话条件成立，经过前面的分析，我们知道 KBUILD_EXTMOD 为空，所以条件成立。

第 440 行将 MAKECMDGOALS 中不符合“config”和“%config”的部分过滤掉，如果剩下的部分不为空条件就成立，很明显此处条件成立，变量 config-targets=1。

第 442 行统计 MAKECMDGOALS 中的单词个数，如果不为 1 的话条件成立。此处调用Makefile 中的 words 函数来统计单词个数， words 函数格式如下：

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$(words <text>)

很明显， MAKECMDGOALS 的单词个数是 1 个，所以条件不成立， mixed-targets 继续为0。综上所述，这些变量值如下：

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config-targets = 1
mixed-targets = 0
dot-config = 1

1.3 448~527行

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第 448 行如果变量 mixed-targets 为 1 的话条件成立，很明显，条件不成立。

第 465 行如果变量 config-targets 为 1 的话条件成立，很明显，条件成立，执行这个分支。

第 473 行，没有目标与之匹配，所以不执行。

第 476 行，有目标与之匹配，当输入“make xxx_defconfig”的时候就会匹配到%config 目标，目标“%config”依赖于 scripts_basic、 outputmakefile 和 FORCE。 FORCE 在顶层 Makefile的 1610 行有如下定义： 

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PHONY += FORCE
FORCE:

可以看出 FORCE 是没有规则和依赖的，所以每次都会重新生成 FORCE。当 FORCE 作为其他目标的依赖时，由于 FORCE 总是被更新过的，因此依赖所在的规则总是会执行的。

scripts_basic 和 outputmakefile

依赖 scripts_basic 和 outputmakefile 在顶层 Makefile 中的内容如下

image-20230730133422636

第 408 行，判断 KBUILD_SRC 是否为空，只有变量 KBUILD_SRC 不为空的时候outputmakefile 才有意义，经过我们前面的分析 KBUILD_SRC 为空，所以 outputmakefile 无效。只有 scripts_basic 是有效的。

第 396~398 行是 scripts_basic 的规则，其对应的命令用到了变量 Q、 MAKE 和 build，其中： 

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Q=@或为空
MAKE=make

变量 build 是在 scripts/Kbuild.include 文件中有定义，定义如下：

image-20230730133624015

从上图的示例代码（Kbuild.include 代码段）可以看出 build=-f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj，经过前面的分析可知，变量 srctree 为”.”，因此： 

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build=-f ./scripts/Makefile.build obj

scripts_basic 展开以后如下： 

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scripts_basic:
    @make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic # 也可以没有@，视配置而定
    @rm -f . tmp_quiet_recordmcount #也可以没有@

scripts_basic 会调用文件./scripts/Makefile.build 这个后边会再分析。

接着回到继续看上边顶层Makefile中的%config 处，内容如下：

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%config: scripts_basic outputmakefile FORCE
	$(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@

将命令展开就是 :

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@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

同样也跟文件./scripts/Makefile.build 有关，我们后面再分析此文件。使用如下命令配置 uboot，并观察其配置过程： 

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig

然后就可以看到如下配置过程：

image-20230730134520374

（1）scripts_basic 目标对应的命令

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@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic

（2） %config 目标对应的命令

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@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

2. Makefile.build 脚本分析

从前边知道“ make xxx_defconfig“配置 uboot 的时候如下两行命令会执行脚本scripts/Makefile.build：

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@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig

2.1  scripts_basic 目标对应的命令

2.1.1 8~17行

scripts_basic 目标对应的命令为： @make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic。打开文件 scripts/Makefile.build，有如下代码：

image-20230730134805520

第 9 行定义了变量 prefix 值为 tpl。

第 10 行定义了变量 src，这里用到了函数 patsubst，此行代码展开后为： 

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$(patsubst tpl/%,%, scripts/basic)

patsubst 是替换函数，格式如下： 

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$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

此函数用于在 text 中查找符合 pattern 的部分，如果匹配的话就用 replacement 替换掉。pattenr 是可以包含通配符“%”，如果 replacement 中也包含通配符“%”，那么 replacement 中的这个“%”将是 pattern 中的那个“%”所代表的字符串。函数的返回值为替换后的字符串。因此，第 10 行就是在“scripts/basic”中查找符合“tpl/%”的部分，然后将“tpl/”取消掉，但是“scripts/basic”没有“tpl/”，所以 src= scripts/basic。

第 11 行判断变量 obj 和 src 是否相等，相等的话条件成立，很明显，此处条件成立。

第 12 行和第 9 行一样，只是这里处理的是“spl”，“scripts/basic”里面也没有“spl/”，所以src 继续为 scripts/basic。

第 15 行因为变量 obj 和 src 相等，所以 prefix=.。

2.1.2 56~59行

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将 kbuild-dir 展开后为： 

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$(if $(filter /%, scripts/basic), scripts/basic, ./scripts/basic)

因为没有以“ / ”为开头的单词，所以$(filter /%, scripts/basic)的结果为空， kbuilddir=./scripts/basic。

将 kbuild-file 展开后为： 

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$(if $(wildcard ./scripts/basic/Kbuild), ./scripts/basic/Kbuild, ./scripts/basic/Makefile)

因为 scrpts/basic 目录中没有 Kbuild 这个文件，所以 kbuild-file= ./scripts/basic/Makefile。最后将 59 行展开，即： 

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include ./scripts/basic/Makefile

也就是读取 scripts/basic 下面的 Makefile 文件。

2.1.3 116~119行

image-20230730135331282

__build 是默认目标，因为命令“@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic”没有指定目标，所以会使用到默认目标： __build。在顶层 Makefile 中， KBUILD_BUILTIN 为 1，KBUILD_MODULES 为 0，因此展开后目标__build 为：

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

可以看出目标__build 有 5 个依赖： builtin-target、 lib-target、 extra-y、 subdir-ym 和 always。这 5 个依赖的具体内容我们就不通过源码来分析了，直接在 scripts/Makefile.build 中输入图所示内容，将这 5 个变量的值打印出来：

image-20230730135605771

执行以下命令：

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig
image-20230730135721373

从上图可以看出，只有 always 有效，因此__build 最终为： 

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__build: scripts/basic/fixdep
	@:

__build 依赖于 scripts/basic/fixdep，所以要先编译 scripts/basic/fixdep.c，生成 fixdep，前面已经读取了 scripts/basic/Makefile 文件。综上所述， scripts_basic 目标的作用就是编译出 scripts/basic/fixdep 这个软件。

2.2 %config 目标对应的命令

%config 目 标 对 应 的 命 令 为 ： 

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@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfigxxx_defconfig

各个变量值如下： 

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src= scripts/kconfig
kbuild-dir = ./scripts/kconfig
kbuild-file = ./scripts/kconfig/Makefile
include ./scripts/kconfig/Makefile

可以看出， Makefilke.build 会读取 scripts/kconfig/Makefile 中的内容，此文件有如下所示内容：

image-20230730140006404

目标%_defconfig 刚好和我们输入的 xxx_defconfig 匹配，所以会执行这条规则。依赖为$(obj)/conf，展开后就是 scripts/kconfig/conf。接下来就是检查并生成依赖 scripts/kconfig/conf。conf 是主机软件，到这里我们就打住，不要纠结 conf 是怎么编译出来的，否则就越陷越深，太绕了，像 conf 这种主机所使用的工具类软件我们一般不关心它是如何编译产生的。如果一定要看是 conf 是怎么生成的，可以输入如下命令重新配置 uboot，在重新配置 uboot 的过程中就会输出 conf 编译信息。 

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig
image-20230730140144991

得到 scripts/kconfig/conf 以后就要执行目标%_defconfig 的命令： 

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$(Q)$< $(silent) --defconfig=arch/$(SRCARCH)/configs/$@ $(Kconfig)

相关的变量值如下： 

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silent=-s 或为空
SRCARCH=..
Kconfig=Kconfig

将其展开就是 :

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@ scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/xxx_defconfig Kconfig

上述命令用到了 xxx_defconfig 文件，比如 mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig 。这里会将mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig 中的配置输出到.config 文件中，最终生成 uboot 根目录下的.config 文件。

3. 过程总结

这个就是命令 make xxx_defconfig 执行流程 ：

image-20230730140440227

二、 make过程分析

1. 目标

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：

image-20230730140953313

目标_all 又依赖于 all，如下所示 ：

image-20230730141035174

如果 KBUILD_EXTMOD 为空的话 _all 依赖于 all 。这里不编译模块，所 以KBUILD_EXTMOD 肯定为空， _all 的依赖就是 all。在主 Makefile 中 all 目标规则如下：

image-20230730141153467

从 802 行可以看出， all 目标依赖$(ALL-y)，而在顶层 Makefile 中， ALL-y 如下 :

image-20230730141403808

可以看出， ALL-y 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： 

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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： 

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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。

2. 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：

image-20230730141540677

第 825 行判断 CONFIG_OF_SEPARATE 是否等于 y，如果相等，那条件就成立，在.config中搜索“CONFIG_OF_SEPARAT”，没有找到，说明条件不成立。

第 832 行就是目标 u-boot.bin 的规则，目标 u-boot.bin 依赖于 u-boot-nodtb.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 Kbuild.include 中的定义如下：

点击查看if_changed 定义 
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226 ###
227 # if_changed      - execute command if any prerequisite is newer than
228 #                   target, or command line has changed
229 # if_changed_dep  - as if_changed, but uses fixdep to reveal dependencies
230 #                   including used config symbols
231 # if_changed_rule - as if_changed but execute rule instead
232 # See Documentation/kbuild/makefiles.txt for more info
233 
234 ifneq ($(KBUILD_NOCMDDEP),1)
235 # Check if both arguments has same arguments. Result is empty string if equal.
236 # User may override this check using make KBUILD_NOCMDDEP=1
237 arg-check = $(strip $(filter-out $(cmd_$(1)), $(cmd_$@)) \
238                     $(filter-out $(cmd_$@),   $(cmd_$(1))) )
239 else
240 arg-check = $(if $(strip $(cmd_$@)),,1)
241 endif
242 
243 # Replace >$< with >$$< to preserve $ when reloading the .cmd file
244 # (needed for make)
245 # Replace >#< with >\#< to avoid starting a comment in the .cmd file
246 # (needed for make)
247 # Replace >'< with >'\''< to be able to enclose the whole string in '...'
248 # (needed for the shell)
249 make-cmd = $(call escsq,$(subst \#,\\\#,$(subst $$,$$$$,$(cmd_$(1)))))
250 
251 # Find any prerequisites that is newer than target or that does not exist.
252 # PHONY targets skipped in both cases.
253 any-prereq = $(filter-out $(PHONY),$?) $(filter-out $(PHONY) $(wildcard $^),$^)
254 
255 # Execute command if command has changed or prerequisite(s) are updated.
256 #
257 if_changed = $(if $(strip $(any-prereq) $(arg-check)),                       \
258         @set -e;                                                             \
259         $(echo-cmd) $(cmd_$(1));                                             \
260         printf '%s\n' 'cmd_$@ := $(make-cmd)' > $(dot-target).cmd)
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第 227 行为 if_changed 的描述，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。

第 257 行就是函数 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-nodtb.bin 生成 u-boot.bin 就行了。

3. u-boot-nodtb.bin

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

image-20230730142244988

目标 u-boot-nodtb.bin 又依赖于 u-boot，顶层 Makefile 中 u-boot 相关规则如下：

image-20230730142326658

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：

image-20230730142402882

$(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： 

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

根据《LV05-01-uboot-06-顶层Makefile-01-基础分析》——六、变量分析一小节的分析，我们知道 CPU=armv7，因此 head-y 展开以后就是： 

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

所以就有：

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

$(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：

image-20230730142755244

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

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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。

这个规则就相当于将以 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 的规则如下：

image-20230730143037482

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：

image-20230730143302250

此文件内容如下： 

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cmd_drivers/gpio/built-in.o :=  arm-linux-gnueabihf-ld.bfd   -r -o drivers/gpio/built-in.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 生成而来的，mxc_gpio.o 是 mxc_gpio.c 编译生成的.o 文件，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。

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： 

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_14x14_evk_emmc_defconfig 
make V=1 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16
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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。

4. 过程总结

image-20230730143850408

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。