u-boot-2016 make配置過程分析

概述

本文基於u-boot樹莓派3代配置過程進行分析，環境如下：
編譯環境：Ubuntu 14.04 LTS
編譯工具：arm-Linux-gnueabi-gcc
代碼版本：u-boot v2016.09
配置文件：rpi_3_32b_defconfig

u-boot自v2014.10版本開始引入KBuild系統，Makefile的管理和組織跟以前版本的代碼有了很大的不同，其Makefile更加複雜。整個Makefile中，嵌套了很多其它不同用途的Makefile，各種目標和依賴也很多，make分析很容易陷進去，讓人摸不着頭腦。
本文涉及的配置命令：

make rpi_3_32b_defconfig

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實例執行配置命令

u-boot的編譯跟kernel編譯一樣，分兩步執行：
- 第一步：配置，執行make xxx_defconfig進行各項配置，生成.config文件
- 第二部：編譯，執行make進行編譯，生成可執行的二進制文件u-boot.bin或u-boot.elf

先從簡單的make defconfig配置過程着手吧。
命令行輸入：

make rpi_3_32b_defconfig V=1

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編譯輸出如下：

配置命令參數說明：
- rpi_3_32b_defconfig 是樹莓派3代32位編譯的配置文件
- V=1 指示編譯顯示詳細的輸出。默認V=0，編譯僅顯示必要的簡略信息

從輸出的log看，make rpi_3_32b_defconfig的執行主要分爲3個部分，見圖上的標示：
- 1. 執行make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic，編譯生成scripts/basic/fixdep工具
- 2. 執行make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig編譯生成scripts/kconfig/conf工具
- 3. 執行scripts/kconfig/conf --defconfig=arch/../configs/rpi_3_32b_defconfig Kconfig生成最終的.config配置文件

跟原始的代碼相比，執行make rpi_3_32b_defconfig後文件夾內容的變化如下：

被後續編譯用到的文件是.config。

詳細配置流程分析

言歸正傳，整個配置流程的目的就是爲了生成.config文件，下面詳細分析.config文件是如何一步一步生成的。

Makefile的核心是依賴和命令。對於每個目標，首先會檢查依賴，如果依賴存在，則執行命令更新目標；如果依賴不存在，則會以依賴爲目標，先生成依賴，待依賴生成後，再執行命令生成目標。

1. 頂層make defconfig規則

執行make xxx_defconfig命令時，u-boot根目錄下的Makefile中有唯一的規則匹配目標：

%config: scripts_basic outputmakefile FORCE
    $(</span>Q)<span class="hljs-variable">$(MAKE) $(</span>build)=scripts/kconfig <span class="hljs-variable">$@

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對於目標，rpi_3_32b_defconfig，展開則有：

rpi_3_32b_defconfig: scripts_basic outputmakefile FORCE
    $(</span><span class="hljs-constant">Q</span>)<span class="hljs-variable">$(MAKE) $(</span>build)=scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig</div></div></li></ol></code><ul class="pre-numbering" style="opacity: 0;"><li style="color: rgb(153, 153, 153);">1</li><li style="color: rgb(153, 153, 153);">2</li></ul><div class="hljs-button" data-title="複製"></div></pre><ul class="pre-numbering" style="opacity:0;"><li style="color: rgb(153, 153, 153);">1</li><li style="color: rgb(153, 153, 153);">2</li></ul><div class="save_code tracking-ad" style="display:none;"><a target="_blank"><img src="http://static.blog.csdn.net/images/save_snippets_01.png" alt="save_snippets_01.png"></a></div><ul class="pre-numbering"><li style="color: rgb(153, 153, 153);">1</li><li style="color: rgb(153, 153, 153);">2</li></ul><p>其中<code>$(build)在kbuild.include中定義：
build := -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj
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i. 依賴scripts_basic
依賴scripts_basic：
# Basic helpers built in scripts/
PHONY += scripts_basic
scripts_basic:
    $(</span><span class="hljs-constant">Q</span>)<span class="hljs-variable">$(MAKE) $(</span>build)=scripts/basic</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="5"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    <span class="hljs-variable">$(Q)rm -f .tmp_quiet_recordmcount
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可見scripts_basic沒有進一步的依賴，展開後規則如下：
scripts_basic:
    $(Q) make -f ./scripts/Makefile<span class="hljs-preprocessor">.build</span> obj=scripts/basic</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="3"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    $(Q) rm -f .tmp_quiet_recordmcount
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ii. 依賴outputmakefile
依賴outputmakefile：
PHONY += outputmakefile
# outputmakefile generates a Makefile in the output directory, if using a
# separate output directory. This allows convenient use of make in the
# output directory.
outputmakefile:
ifneq ($(</span>KBUILD_SRC),)</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="7"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    <span class="hljs-variable">$(Q)ln -fsn $(</span>srctree) <span class="hljs-keyword">source</span></div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="8"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    <span class="hljs-variable">$(Q)$(</span>CONFIG_SHELL) <span class="hljs-variable">$(srctree)/scripts/mkmakefile \
        $(</span>srctree) <span class="hljs-variable">$(objtree) $(</span>VERSION) <span class="hljs-variable">$(PATCHLEVEL)
endif
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outputmakefile也沒有進一步的依賴。 

如果執行如下命令：
make rpi_3_32b_defconfig O=out
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那麼所有生成的目標都將放到out目錄，此時會通過outputmakefile導出一個makefile到out目錄進行編譯。
由於在當前目錄下編譯，$(KBUILD_SRC)爲空，不需要導出makefile文件，outputmakefile爲空目標。
iii. 依賴FORCE
依賴FORCE:
PHONY += FORCE
FORCE:
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FORCE被定義爲一個空目標。 

如果一個目標添加FORCE依賴，每次編譯都會去先去執行FORCE（實際上什麼都不做），然後運行命令更新目標，這樣就能確保目標每次都會被更新。在這裏也就保證目標rpi_3_32b_defconfig的命令：
$(</span><span class="hljs-constant">Q</span>)<span class="hljs-variable">$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig
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總是能夠被執行。
以上是rpi_3_32b_defconfig的所有依賴，分析完依賴後再分析命令。
2. 頂層make defconfig的命令
i. 依賴scripts_basic的命令
目標rpi_3_32b_defconfig的三個依賴scripts_basic，outputmakefile和FORCE中，只有scripts_basic需要執行命令，如下
scripts_basic:
    $(Q) make -f ./scripts/Makefile<span class="hljs-preprocessor">.build</span> obj=scripts/basic</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="3"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    $(Q) rm -f .tmp_quiet_recordmcount
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然後Make命令會轉到文件scripts/Makefile.build去執行。
第一次調用scripts/Makefile.build進行編譯 

文件script/Makefile.build的開頭會根據傳入的obj=scripts/basic參數設置src=scripts/basic:
prefix := tpl
src := $(</span>patsubst <span class="hljs-variable">$(prefix)/%,%,$(</span>obj))</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="3"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">ifeq (<span class="hljs-variable">$(obj),$(</span>src))</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="4"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">prefix := spl</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="5"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">src := <span class="hljs-variable">$(patsubst $(</span>prefix)/<span class="hljs-variable">%,</span><span class="hljs-variable">%,</span><span class="hljs-variable">$(obj))
ifeq ($(</span>obj),<span class="hljs-variable">$(src))
prefix := .
endif
endif
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然後搜尋$(srctree)/$(src)子目錄下的makefile，幷包含進來：
# The filename Kbuild has precedence over Makefile
kbuild-dir := $(</span><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-keyword">if</span></span> <span class="hljs-variable">$(filter /%,$(</span>src)),<span class="hljs-variable">$(src),$(</span>srctree)/<span class="hljs-variable">$(src))
kbuild-file := $(</span><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-keyword">if</span></span> <span class="hljs-variable">$(wildcard $(</span>kbuild-dir)/Kbuild),<span class="hljs-variable">$(kbuild-dir)/Kbuild,$(</span>kbuild-dir)/Makefile)</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="4"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line"><span class="hljs-keyword">include</span> <span class="hljs-variable">$(kbuild-file)
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這裏展開替換後相當於：
include ./scripts/basic/Makefile
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文件scripts/basic/Makefile中定義了編譯在主機上執行的工具fixdep：
hostprogs-y := fixdep
always      := $(</span>hostprogs-y)</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="3"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line"> </div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="4"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line"><span class="hljs-comment"><span class="hljs-comment"># fixdep is needed to compile other host programs</span></span></div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="5"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line"><span class="hljs-variable">$(addprefix $(</span>obj)/,<span class="hljs-variable">$(filter-out fixdep,$(</span>always)))<span class="hljs-symbol">:</span> <span class="hljs-variable">$(obj)/fixdep
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工具fixdep用於更新每一個生成目標的依賴文件*.cmd。
上面定義的這個$(always)在scripts/Makefile.build裏會被添加到targets中：
targets += $(extra-y)</span> <span class="hljs-variable">$(MAKECMDGOALS) $(always)
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關於如何編譯主機上可執行的程序，會在另外的文章中分析。
簡而言之，scripts_basic規則
scripts_basic:
    $(Q) make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basic
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的最終結果就是編譯scripts/basic/fixdep.c生成主機上的可執行文件fixdep。至於爲什麼要編譯fixdep和如何使用fixdep，會在另外的文章中分析。
ii. 頂層rpi_3_32b_defconfig的命令
完成對依賴scripts_basic的更新後，接下來就是執行頂層目標的命令完成對rpi_3_32b_defconfig的更新，展開後的規則如下：
rpi_3_32b_defconfig: scripts_basic outputmakefile FORCE
    make -f ./scripts/Makefile.build obj= scripts/kconfig rpi_3_32b_defconfig
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其中$(build)在kbuild.include中定義：
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# Shorthand for $(Q)$(MAKE) -f scripts/Makefile.build obj=
# Usage:
# $(Q)$(MAKE) $(build)=dir</span></span></div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="5"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">build <span class="hljs-symbol">:</span>= -f $(srctree)/scripts/Makefile.build obj
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這個make命令會第二次轉到scripts/Makefile.build去執行。
第二次調用scripts/Makefile.build進行編譯 

文件script/Makefile.build的開頭會根據傳入的obj=scripts/kconfig參數設置src=scripts/kconfig。然後搜尋$(srctree)/$(src)子目錄下的makefile，由於src=scripts/kconfig參數不同於第一次調用的參數（src=scripts/basic），此處包含的makefile也不同於第一次的makefile了：
# The filename Kbuild has precedence over Makefile
kbuild-dir := $(</span><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-keyword">if</span></span> <span class="hljs-variable">$(filter /%,$(</span>src)),<span class="hljs-variable">$(src),$(</span>srctree)/<span class="hljs-variable">$(src))
kbuild-file := $(</span><span class="hljs-keyword"><span class="hljs-keyword">if</span></span> <span class="hljs-variable">$(wildcard $(</span>kbuild-dir)/Kbuild),<span class="hljs-variable">$(kbuild-dir)/Kbuild,$(</span>kbuild-dir)/Makefile)</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="4"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line"><span class="hljs-keyword">include</span> <span class="hljs-variable">$(kbuild-file)
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這裏替換展開後相當於：
include ./scripts/kconfig/Makefile
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文件scripts/kconfig/Makefile中定義了所有匹配%config的目標：
PHONY += xconfig gconfig menuconfig config silentoldconfig update-po-config \
    localmodconfig localyesconfig
 
PHONY += oldnoconfig savedefconfig defconfig
 
PHONY += kvmconfig
 
PHONY += tinyconfig
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對於這裏傳入的rpi_3_32b_defconfig，匹配的目標是：
%_defconfig: $(</span>obj)/conf</div></div></li><li><div class="hljs-ln-numbers"><div class="hljs-ln-line hljs-ln-n" data-line-number="2"></div></div><div class="hljs-ln-code"><div class="hljs-ln-line">    <span class="hljs-variable">$(Q)$&lt;</span> <span class="hljs-variable">$(silent) --defconfig=arch/$(</span>SRCARCH)/configs/<span class="hljs-variable">$@ $(Kconfig)
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展開爲：
rpi_3_32b_defconfig: scripts/kconfig/conf
    $(Q)scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/../configs/rpi_3_32b_defconfig Kconfig
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此處目標rpi_3_32b_defconfig依賴於scripts/kconfig/conf，接下來檢查並生成依賴。
hostprogs-y := conf nconf mconf kxgettext qconf gconf
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hostprogs-y指出conf被定義爲主機上執行的程序，其依賴於另外兩個文件：
conf-objs   := conf.o  zconf.tab.o
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通過編譯conf.c和zconf.tab.c生成conf-objs，並鏈接爲scripts/kconfig/conf。
生成依賴後就是執行目標的命令了：
$(Q)scripts/kconfig/conf  --defconfig=arch/../configs/rpi_3_32b_defconfig Kconfig
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工具scripts/kconfig/conf的操作會在單獨的文章中分析，此處只做簡要的說明：
conf工具從根目錄下開始樹狀讀取默認的Kconfig文件，分析其配置並保存在內存中。分析完默認的Kconfig後再讀取指定文件（即arch/../configs/rpi_3_32b_defconfig）更新得到最終的符號表，並輸出到.config文件中。
至此完成了make rpi_3_32b_defconfig執行配置涉及的所有依賴和命令的分析。
make defconfig配置流程簡圖
整個配置流程闡述得比較囉嗦，可以用一個簡單的依賴圖表示，如下： 


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