U-Boot,全稱UniversalBootLoader,是遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目。從FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步發(fā)展演化而來。其源碼目錄、編譯形式與Linux內(nèi)核很相似，事實(shí)上，不少U-Boot源碼就是相應(yīng)的Linux內(nèi)核源程序的簡化，尤其是一些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，這從U-Boot源碼的注釋中能體現(xiàn)這一點(diǎn)。U-Boot不僅僅支持嵌入式Linux系統(tǒng)的引導(dǎo)，當(dāng)前，它還支持NetBSD,VxWorks,QNX,RTEMS,ARTOS,LynxOS嵌入式操作系統(tǒng)。其目前要支持的目標(biāo)操作系統(tǒng)是OpenBSD,NetBSD,FreeBSD,4.4BSD,Linux,SVR4,Esix,Solaris,Irix,SCO,Dell,NCR,VxWorks,LynxOS,pSOS,QNX,RTEMS,ARTOS.

　　我的是1.1.6版本，一開始在FTP上了一個(gè)次新版，結(jié)果編譯失敗。1.1.6是沒問題的。

　　u-boot源碼結(jié)構(gòu)

　　解壓就可以得到全部u-boot源程序。在頂層目錄下有18個(gè)子目錄，分別存放和管理不同的源程序。這些目錄中所要存放的文件有其規(guī)則，可以分為3類。

　　第1類目錄與處理器體系結(jié)構(gòu)或者開發(fā)板硬件直接相關(guān)；

　　第2類目錄是一些通用的函數(shù)或者驅(qū)動(dòng)程序；

　　第3類目錄是u-boot的應(yīng)用程序、工具或者文檔。

　　u-boot的源碼頂層目錄說明

　　目    錄                特    性                解 釋 說 明

　　board                  平臺(tái)依賴          存放電路板相關(guān)的目錄文件，

　　例如：RPXlite（mpc8xx）、

　　smdk2410（arm920t）、

　　sc520_cdp（x86） 等目錄

　　CPU                    平臺(tái)依賴          存放CPU相關(guān)的目錄文件

　　例如：mpc8xx、ppc4xx、

　　arm720t、arm920t、 xscale、i386等目錄

　　lib_ppc                平臺(tái)依賴          存放對(duì)PowerPC體系結(jié)構(gòu)通用的文件，

　　主要用于實(shí)現(xiàn)PowerPC平臺(tái)通用的函數(shù)

　　lib_arm                平臺(tái)依賴           存放對(duì)ARM體系結(jié)構(gòu)通用的文件，

　　主要用于實(shí)現(xiàn)ARM平臺(tái)通用的函數(shù)

　　lib_i386               平臺(tái)依賴           存放對(duì)X86體系結(jié)構(gòu)通用的文件，

　　主要用于實(shí)現(xiàn)X86平臺(tái)通用的函數(shù)

　　include                通用                頭文件和開發(fā)板配置文件，

　　所有開發(fā)板的配置文件都在configs目錄下

　　common               通用                通用的多功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)

　　lib_generic            通用                通用庫函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　net                     通用                存放網(wǎng)絡(luò)的程序

　　fs                      通用                存放文件系統(tǒng)的程序

　　post                    通用                存放上電自檢程序

　　drivers                 通用                通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，主要有以太網(wǎng)接口的驅(qū)動(dòng)

　　disk                    通用                硬盤接口程序

　　rtc                     通用                RTC的驅(qū)動(dòng)程序

　　dtt                     通用                數(shù)字溫度測量器或者傳感器的驅(qū)動(dòng)

　　examples               應(yīng)用例程             一些獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序的例子，例如helloworld

　　tools                   工具                存放制作S-Record或者u-boot格式的映像等工具，

　　例如mkimage

　　doc                     文檔                開發(fā)使用文檔

　　U-Boot除了支持PowerPC系列的處理器外，還能支持MIPS、x86、ARM、NIOS、XScale等諸多常用系列的處理器。這兩個(gè)特點(diǎn)正是U-Boot項(xiàng)目的開發(fā)目標(biāo)，即支持盡可能多的嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)。就目前來看，U-Boot對(duì)PowerPC系列處理器支持為豐富，對(duì)Linux的支持完善。其它系列的處理器和操作系統(tǒng)基本是在2002年11月PPCBOOT改名為U-Boot后逐步擴(kuò)充的。從PPCBOOT向U-Boot的順利過渡，很大程度上歸功于U-Boot的維護(hù)人德國DENX軟件工程中心WolfgangDenk[以下簡稱W.D]本人精湛水平和持著不懈的努力。當(dāng)前，U-Boot項(xiàng)目正在他的領(lǐng)軍之下，眾多有志于開放源碼BOOTLOADER移植工作的嵌入式開發(fā)人員正如火如荼地將各個(gè)不同系列嵌入式處理器的移植工作不斷展開和深入，以支持更多的嵌入式操作系統(tǒng)的裝載與引導(dǎo)。

　　編譯

　　以smdk_2410板為例，編譯的過程分兩部：

　　# make smdk2410_config

　　# make

　　頂層Makefile分析

　　Makefile文件Makefile一個(gè)工程中的源文件不計(jì)數(shù)，其按類型、功能、模塊分別放在若干個(gè)目錄中，makefile定義了一系列的規(guī)則來指定，哪些文件需要先編譯，哪些文件需要后編譯，哪些文件需要重新編譯，甚至于進(jìn)行更復(fù)雜的功能操作，因?yàn)閙akefile就像一個(gè)Shell腳本一樣，其中也可以執(zhí)行操作系統(tǒng)的命令。makefile帶來的好處就是--"自動(dòng)化編譯",一旦寫好，只需要一個(gè)make命令，整個(gè)工程完全自動(dòng)編譯，極大的提高了軟件開發(fā)的效率。make是一個(gè)命令工具，是一個(gè)解釋makefile中指令的命令工具，一般來說，大多數(shù)的IDE都有這個(gè)命令。

　　要了解一個(gè)LINUX工程的結(jié)構(gòu)必須看懂Makefile,尤其是頂層的，沒辦法，UNIX世界就是這么無奈，什么東西都用文檔去管理、配置。首先在這方面我是個(gè)新手，時(shí)間所限只粗淺地看了一些Makefile規(guī)則。

　　Linux是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是"Linux".Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中著名的例子。嚴(yán)格來講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux得名于計(jì)算機(jī)業(yè)余愛好者LinusTorvalds.

　　以smdk_2410為例，順序分析Makefile大致的流程及結(jié)構(gòu)如下：

　　1） Makefile中定義了源碼及生成的目標(biāo)文件存放的目錄，目標(biāo)文件存放目錄BUILD_DIR可以通過make O=dir 指定。如果沒有指定，則設(shè)定為源碼頂層目錄。一般編譯的時(shí)候不指定輸出目錄，則BUILD_DIR為空。其它目錄變量定義如下：

　　#OBJTREE和LNDIR為存放生成文件的目錄，TOPDIR與SRCTREE為源碼所在目錄

　　OBJTREE  := $（if $（BUILD_DIR），$（BUILD_DIR），$（CURDIR））

　　SRCTREE  := $（CURDIR）

　　TOPDIR  := $（SRCTREE）

　　LNDIR  := $（OBJTREE）

　　export TOPDIR SRCTREE OBJTREE

　　2）定義變量MKCONFIG:這個(gè)變量指向一個(gè)腳本，即頂層目錄的mkconfig.

　　MKCONFIG := $（SRCTREE）/mkconfig

　　export MKCONFIG

　　在編譯U-BOOT之前，先要執(zhí)行

　　# make smdk2410_config

　　smdk2410_config是Makefile的一個(gè)目標(biāo)，定義如下：

　　smdk2410_config : unconfig

　　@$（MKCONFIG） $（@:_config=） arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0

　　unconfig::

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

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

　　顯然，執(zhí)行# make smdk2410_config時(shí)，先執(zhí)行unconfig目標(biāo)，注意不指定輸出目標(biāo)時(shí)，obj,src變量均為空，unconfig下面的命令清理上執(zhí)行make *_config時(shí)生成的頭文件和makefile的包含文件。主要是include/config.h 和include/config.mk文件。

　　然后才執(zhí)行命令

　　@$（MKCONFIG） $（@:_config=） arm arm920t smdk2410 NULL s3c24x0

　　MKCONFIG 是頂層目錄下的mkcofig腳本文件，后面五個(gè)是傳入的參數(shù)。

　　對(duì)于smdk2410_config而言，mkconfig主要做三件事：

　　在include文件夾下建立相應(yīng)的文件（夾）軟連接，

　　#如果是ARM體系將執(zhí)行以下操作：

　　#ln -s     asm-arm        asm

　　#ln -s  arch-s3c24x0    asm-arm/arch

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

　　生成Makefile包含文件include/config.mk,內(nèi)容很簡單，定義了四個(gè)變量：

　　ARCH   = arm

　　CPU    = arm920t

　　BOARD  = smdk2410

　　SOC    = s3c24x0

　　生成include/config.h頭文件，只有一行：

　　/* Automatically generated - do not edit */

　　#include "config/smdk2410.h"

　　mkconfig腳本文件的執(zhí)行至此結(jié)束，繼續(xù)分析Makefile剩下部分。

　　3）包含include/config.mk,其實(shí)也就相當(dāng)于在Makefile里定義了上面四個(gè)變量而已。

　　4） 指定交叉編譯器前綴：

　　ifeq （$（ARCH），arm）#這里根據(jù)ARCH變量，指定編譯器前綴。

　　CROSS_COMPILE = arm-linux-

　　endif

　　5）包含config.mk:

　　#包含頂層目錄下的config.mk,這個(gè)文件里面主要定義了交叉編譯器及選項(xiàng)和編譯規(guī)則

　　# load other configuration

　　include $（TOPDIR）/config.mk

　　下面分析config.mk的內(nèi)容：

　　@包含體系，開發(fā)板，CPU特定的規(guī)則文件：

　　ifdef ARCH #指定預(yù)編譯體系結(jié)構(gòu)選項(xiàng)

　　sinclude $（TOPDIR）/$（ARCH）_config.mk # include architecture dependend rules

　　endif

　　ifdef CPU #定義編譯時(shí)對(duì)齊，浮點(diǎn)等選項(xiàng)

　　sinclude $（TOPDIR）/cpu/$（CPU）/config.mk # include  CPU specific rules

　　endif

　　ifdef SOC #沒有這個(gè)文件

　　sinclude $（TOPDIR）/cpu/$（CPU）/$（SOC）/config.mk # include  SoC specific rules

　　endif

　　ifdef BOARD #指定特定板子的鏡像連接時(shí)的內(nèi)存基地址，重要！

　　sinclude $（TOPDIR）/board/$（BOARDDIR）/config.mk # include board specific rules

　　endif

　　@定義交叉編譯鏈工具

　　# 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

　　@定義AR選項(xiàng)ARFLAGS,調(diào)試選項(xiàng)DBGFLAGS,優(yōu)化選項(xiàng)OPTFLAGS

　　預(yù)處理選項(xiàng)CPPFLAGS,C編譯器選項(xiàng)CFLAGS,連接選項(xiàng)LDFLAGS

　　LDFLAGS += -Bstatic -T $（LDSCRIPT） -Ttext $（TEXT_BASE） $（PLATFORM_LDFLAGS） #指定了起始地址TEXT_BASE

　　@指定編譯規(guī)則：

　　$（obj）%.s: %.S

　　$（CPP） $（AFLAGS） -o $@ $<

　　$（obj）%. %.S

　　$（CC） $（AFLAGS） -c -o $@ $<

　　$（obj）%. %.c

　　$（CC） $（CFLAGS） -c -o $@ $<

　　回到頂層makefile文件：

　　6）U-boot需要的目標(biāo)文件。

　　OBJS  = cpu/$（CPU）/start.o # 順序很重要，start.o必須放位

　　7）需要的庫文件：

　　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）

　　根據(jù)上面的include/config.mk文件定義的ARCH、CPU、BOARD、SOC這些變量。硬件平臺(tái)依賴的目錄文件可以根據(jù)這些定義來確定。SMDK2410平臺(tái)相關(guān)目錄及對(duì)應(yīng)生成的庫文件如下。

　　board/smdk2410/        :庫文件board/smdk2410/libsmdk2410.a

　　cpu/arm920t/              :庫文件cpu/arm920t/libarm920t.a

　　cpu/arm920t/s3c24x0/ :  庫文件cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a

　　lib_arm/                     : 庫文件lib_arm/libarm.a

　　include/asm-arm/       :下面兩個(gè)是頭文件。

　　include/configs/smdk2410.h

　　8）終生成的各種鏡像文件：

　　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 $< $@

　　#這里生成的是U-boot 的ELF文件鏡像

　　$（obj）u-boot:  depend version $（SUBDIRS） $（OBJS） $（LIBS） $（LDSCRIPT）

　　UNDEF_SYM=`$（OBJDUMP） -x $（LIBS） |sed  -n -e ''''''''''''''''''''''''''''''''s/.*（__u_boot_cmd_.*）/-u1/p''''''''''''''''''''''''''''''''|sort|uniq`;

　　cd $（LNDIR） && $（LD） $（LDFLAGS） $$UNDEF_SYM $（__OBJS）

　　--start-group $（__LIBS） --end-group $（PLATFORM_LIBS）

　　-Map u-boot.map -o u-boot

　　分析一下關(guān)鍵的u-boot ELF文件鏡像的生成：

　　@依賴目標(biāo)depend :生成各個(gè)子目錄的。depend文件，.depend列出每個(gè)目標(biāo)文件的依賴文件。生成方法，調(diào)用每個(gè)子目錄的make _depend.

　　depend dep:

　　for dir in $（SUBDIRS） ; do $（MAKE） -C $$dir _depend ; done

　　@依賴目標(biāo)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）

　　@偽目標(biāo)SUBDIRS: 執(zhí)行tools ,examples ,post,postcpu 子目錄下面的make文件。

　　SUBDIRS = tools

　　examples

　　post

　　post/cpu

　　.PHONY : $（SUBDIRS）

　　$（SUBDIRS）：

　　$（MAKE） -C $@ all

　　@依賴目標(biāo)$（OBJS），即cpu/start.o

　　$（OBJS）：

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

　　@依賴目標(biāo)$（LIBS），這個(gè)目標(biāo)太多，都是每個(gè)子目錄的庫文件*.a ,通過執(zhí)行相應(yīng)子目錄下的make來完成：

　　$（LIBS）：

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

　　@依賴目標(biāo)$（LDSCRIPT）：

　　LDSCRIPT := $（TOPDIR）/board/$（BOARDDIR）/u-boot.lds

　　LDFLAGS += -Bstatic -T $（LDSCRIPT） -Ttext $（TEXT_BASE） $（PLATFORM_LDFLAGS）

　　對(duì)于smdk2410,LDSCRIPT即連接腳本文件是board/smdk2410/u-boot.lds,定義了連接時(shí)各個(gè)目標(biāo)文件是如何組織的。內(nèi)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*/

　　{                      /*smdk2410指定的基地址為0x33f80000*/

　　cpu/arm920t/start.o （。text）         /*start.o為首*/

　　*（。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 = .;

　　}

　　@執(zhí)行連接命令：

　　cd $（LNDIR） && $（LD） $（LDFLAGS） $$UNDEF_SYM $（__OBJS）

　　--start-group $（__LIBS） --end-group $（PLATFORM_LIBS）

　　-Map u-boot.map -o u-boot

　　其實(shí)就是把start.o和各個(gè)子目錄makefile生成的庫文件按照LDFLAGS連接在一起，生成ELF文件u-boot 和連接時(shí)內(nèi)存分配圖文件u-boot.map.

　　9）對(duì)于各子目錄的makefile文件，主要是生成*.o文件然后執(zhí)行AR生成對(duì)應(yīng)的庫文件。如lib_generic文件夾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 lp.o

　　string.o vsprintf.o zlib.o

　　SRCS  := $（COBJS:.o=.c）

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

　　$（LIB）： $（obj）。depend $（OBJS） #項(xiàng)層Makefile執(zhí)行make libgeneric.a

　　$（AR） $（ARFLAGS） $@ $（OBJS）

　　整個(gè)makefile剩下的內(nèi)容全部是各種不同的開發(fā)板的*_config:目標(biāo)的定義了。

　　概括起來，工程的編譯流程也就是通過執(zhí)行執(zhí)行一個(gè)make *_config傳入ARCH,CPU,BOARD,SOC參數(shù)，mkconfig根據(jù)參數(shù)將include頭文件夾相應(yīng)的頭文件夾連接好，生成config.h.然后執(zhí)行make分別調(diào)用各子目錄的makefile 生成所有的obj文件和obj庫文件*.a.  連接所有目標(biāo)文件，生成鏡像。不同格式的鏡像都是調(diào)用相應(yīng)工具由elf鏡像直接或者間接生成的。

　　剩下的工作就是分析U-Boot源代碼了。