imx6ull-系统移植篇5——U-Boot 顶层 Makefile 简析
目录
前言
Makefile分析
版本号
MAKEFLAGS 变量
命令输出
静默输出
设置编译结果输出目录
代码检查
模块编译
获取主机架构和系统
设置目标架构、交叉编译器和配置文件
调用 scripts/Kbuild.include
交叉编译工具变量设置
导出其他变量
make xxx_defconfig 过程
1. 命令解析阶段
2. Makefile 关键逻辑
分解说明：
3. 配置生成流程
步骤 1：复制默认配置
步骤 2：运行配置工具
步骤 3：生成头文件
4. Kconfig 系统的作用
5. 输出文件解析
Makefile.build 脚本分析
scripts_basic目标分析
%config目标分析
make流程
前言
在分析大型开源项目（如 U-Boot 或 Linux 内核）的源码时，必须从顶层 Makefile 入手，这是理解工程组织结构的核心入口。通过逐层分析顶层 Makefile 和子目录的 Makefile，可以清晰地掌握以下关键点：
-
工程构建流程：了解编译目标、依赖关系以及工具链的调用方式。
-
代码模块划分：通过子目录的 Makefile 定位功能模块的代码分布。
-
配置系统：分析
Kconfig与 Makefile 的联动逻辑，明确功能模块的编译条件。
本讲实验就让我们来分析一下U-Boot 的顶层 Makefile。
Makefile分析
版本号
VERSION 是主版本号， PATCHLEVEL 是补丁版本号， SUBLEVEL 是次版本号，这三个一起构成了 uboot 的版本号。比如当前的 uboot 版本号就是“2016.03”。
EXTRAVERSION 是附加版本信息， NAME 是和名字有关的，一般不使用这两个。
VERSION = 2016
PATCHLEVEL = 03
SUBLEVEL =
EXTRAVERSION =
NAME =MAKEFLAGS 变量
递归调用：在 Makefile 中，可以使用 make命令调用其他 Makefile（通常是子目录中的 Makefile）。
基本格式：
$(MAKE) -C subdir-
$(MAKE)：调用make命令（推荐使用变量MAKE而非直接写make，确保兼容性）。 -
-C <子目录路径>：切换到指定目录后执行其 Makefile。
导出变量（传递给子 Makefile）：使变量在子 make过程中可见。
export VARIABLE_NAME禁止导出变量（不传递给子 Makefile）：阻止变量传递到子 make。
unexport VARIABLE_NAME有两个特殊的变量：“SHELL”和“MAKEFLAGS”，这两个变量除非使用“unexport”声明，否则的话在整个make的执行过程中，它们的值始终自动的传递给子make。
在uboot的主Makefile中有如下代码：
MAKEFLAGS += -rR --include-dir=$(CURDIR)上述代码使用“+=”来给变量 MAKEFLAGS 追加了一些值，“-rR”表示禁止使用内置的隐含规则和变量定义，“--include-dir”指明搜索路径， ”$(CURDIR)”表示当前目录。
命令输出
uboot 默认编译是不会在终端中显示完整的命令，都是短命令，如图：
调试 uboot 的时候，可以通过设置变量“V=1“来实现完整的命令输出。
顶层 Makefile 中控制命令输出的代码如下：
ifeq ("$(origin V)", "command line")KBUILD_VERBOSE = $(V)
endif
ifndef KBUILD_VERBOSEKBUILD_VERBOSE = 0
endififeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)quiet =Q =
elsequiet=quiet_Q = @
endif函数 $(origin V)
-
作用：origin是 Makefile 内置函数，用于判断变量的来源。
-
返回值：
-
"command line"：表示变量 V是通过命令行传入的（如 make V=1）。
-
其他可能值："file"（来自 Makefile）、"environment"（环境变量）、"undefined"（未定义）。
-
检查 V是否来自命令行：
ifeq ("$(origin V)", "command line")KBUILD_VERBOSE = $(V)
endif如果用户通过命令行指定了 V（如 make V=1），则将 V的值赋给 KBUILD_VERBOSE。
- 输入 make V=1→ KBUILD_VERBOSE = 1（显示完整命令）
- 输入 make V=0→ KBUILD_VERBOSE = 0（静默模式）。
如果 KBUILD_VERBOSE未被定义（用户未传入 V），则默认为 0（静默模式）：
ifndef KBUILD_VERBOSEKBUILD_VERBOSE = 0
endif控制命令回显：
- 分支1（KBUILD_VERBOSE=1）：quiet为空，Q为空 → 显示完整编译命令（如 gcc -o file.c）。
- 分支2（KBUILD_VERBOSE=0）：quiet = quiet_：用于生成简化的日志（如 CC file.o而非完整命令）。Q = @：禁止命令回显，实现静默编译。
ifeq ($(KBUILD_VERBOSE),1)quiet =Q =
elsequiet=quiet_Q = @
endif- 如果变量 quiet 为空的话，整个命令都会输出。
- 如果变量 quiet 为“quiet_”的话，仅输出短版本。
- 如果变量 quiet 为“silent_”的话，整个命令都不会输出。
静默输出
使用 uboot 的静默输出功能，编译的时候使用“make -s”即可。
顶层 Makefile中相应的代码如下：
# If the user is running make -s (silent mode), suppress echoing of# commandsifneq ($(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)),) # make-4ifneq ($(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS))),)quiet=silent_endifelse # make-3.8xifneq ($(filter s% -s%,$(MAKEFLAGS)),)quiet=silent_endif
endifexport quiet Q KBUILD_VERBOSE|
| 检测 |
|
| 检测 |
|
| 检测 |
|
| 设置静默模式标志 |
|
| 确保变量传递给子 |
函数$(filter pattern, text)：
作用：从 text中筛选出符合 pattern的单词。
示例：
$(filter s%, -s --silent) # 返回 `-s`（匹配 `s%` 模式）函数 $(firstword text)
作用：取 text中的第一个单词。
示例：
$(firstword a b c) # 返回 `a`变量$(MAKE_VERSION)
作用：获取当前 make工具的版本号（如 4.2.1）。
变量(MAKEFLAGS)
作用：获取 make命令的选项（如 -s、-j8），通常用于判断是否启用了静默模式。
代码逻辑首先是检查 make版本是否为 4.x：
ifneq ($(filter 4.%,$(MAKE_VERSION)),) # make-4ifneq ($(filter %s ,$(firstword x$(MAKEFLAGS))),)quiet=silent_endif
else # make-3.8xifneq ($(filter s% -s%,$(MAKEFLAGS)),)quiet=silent_endif
endif不同版本的 make对 MAKEFLAGS的处理方式不同，因此需要区分：
- make 4.x：
MAKEFLAGS可能包含 s或 --silent，但格式可能不同（如 --jobserver-fds=3,4 -s）。
$(firstword x$(MAKEFLAGS))确保正确解析第一个选项。
- make 3.8x：
直接检查 MAKEFLAGS是否包含 -s或 s%（旧版 make可能使用短选项 -s）。
然后是设置 quiet变量
quiet=silent_如果检测到 make -s，则设置 quiet=silent_，表示进入静默模式。
后续的编译命令会使用 $(quiet)来决定是否打印详细信息（如 quiet_cmd_CC）。
最后是导出变量：
export quiet Q KBUILD_VERBOSEexport确保 quiet、Q、KBUILD_VERBOSE变量传递给子 make（递归调用时仍然有效）。
Q=@（可能在其他地方定义）用于禁止命令回显。
设置编译结果输出目录
uboot 可以将编译出来的目标文件输出到单独的目录中，在 make 的时候使用“O”来指定输出目录，比如“make O=out”就是设置目标文件输出到 out 目录中。
这么做是为了将源文件和编译产生的文件分开，当然也可以不指定 O 参数，不指定的话源文件和编译产生的文件都在同一个目录内，一般我们不指定 O 参数。
顶层 Makefile 中相关的代码如下：
# kbuild supports saving output files in a separate directory.
# To locate output files in a separate directory two syntaxes are supported.
# In both cases the working directory must be the root of the kernel src.
# 1) O=
# Use "make O=dir/to/store/output/files/"
#
# 2) Set KBUILD_OUTPUT
# Set the environment variable KBUILD_OUTPUT to point to the directory
# where the output files shall be placed.
# export KBUILD_OUTPUT=dir/to/store/output/files/
# make
#
# The O= assignment takes precedence over the KBUILD_OUTPUT environment variable.# KBUILD_SRC is set on invocation of make in OBJ directory
# KBUILD_SRC is not intended to be used by the regular user (for now)
ifeq ($(KBUILD_SRC),)# OK, Make called in directory where kernel src resides
# Do we want to locate output files in a separate directory?
ifeq ("$(origin O)", "command line")KBUILD_OUTPUT := $(O)
endif# That's our default target when none is given on the command line
PHONY := _all
_all:# Cancel implicit rules on top Makefile
$(CURDIR)/Makefile Makefile: ;ifneq ($(KBUILD_OUTPUT),)# Invoke a second make in the output directory, passing relevant variables# check that the output directory actually existssaved-output := $(KBUILD_OUTPUT)KBUILD_OUTPUT := $(shell mkdir -p $(KBUILD_OUTPUT) && cd $(KBUILD_OUTPUT) && /bin/pwd)...
endif # ifneq ($(KBUILD_OUTPUT),)
endif # ifeq ($(KBUILD_SRC),)判断“O”是否来自于命令行，如果来自命令行的话条件成立， KBUILD_OUTPUT就为$(O)，因此变量 KBUILD_OUTPUT 就是输出目录。
ifeq ("$(origin O)", "command line")判断 KBUILD_OUTPUT 是否为空。
ifneq ($(KBUILD_OUTPUT),)调用 mkdir 命令，创建 KBUILD_OUTPUT 目录，并且将创建成功以后的绝对路径赋值给 KBUILD_OUTPUT。至此，通过 O 指定的输出目录就存在了。
KBUILD_OUTPUT := $(shell mkdir -p $(KBUILD_OUTPUT) && cd| 关键点 | 实现方式 |
|---|---|
| 输出目录指定 |
|
| 优先级控制 |
|
| 目录切换与递归编译 |
|
| 源码目录判断 |
|
代码检查
uboot 支持代码检查：
- 使用命令“make C=1”，使能代码检查，检查那些需要重新编译的文件。
- “make C=2”用于检查所有的源码文件。
顶层 Makefile 中的代码如下：
# Call a source code checker (by default, "sparse") as part of the C compilation.
#
# Use 'make C=1' to enable checking of only re-compiled files.
# Use 'make C=2' to enable checking of *all* source files, regardless of whether they are re-compiled or not.
#
# See the file "Documentation/sparse.txt" for more details, including where to get the "sparse" utility.ifeq ("$(origin C)", "command line")KBUILD_CHECKSRC = $(C)
endif
ifndef KBUILD_CHECKSRCKBUILD_CHECKSRC = 0
endif主要判断 C 是否来源于命令行，如果 C 来源于命令行，那就将 C 赋值给变量KBUILD_CHECKSRC，如果命令行没有 C 的话 KBUILD_CHECKSRC 就为 0。
模块编译
在 uboot 中允许单独编译某个模块，使用命令“ make M=dir”即可，旧语法“ make SUBDIRS=dir”也是支持的。
顶层 Makefile 中的代码如下：
# Use make M=dir to specify directory of external module to build
# Old syntax make ... SUBDIRS=$PWD is still supported
# Setting the environment variable KBUILD_EXTMOD take precedence
ifdef SUBDIRSKBUILD_EXTMOD ?= $(SUBDIRS)
endififeq ("$(origin M)", "command line")KBUILD_EXTMOD := $(M)
endif# If building an external module we do not care about the all: rule
# but instead _all depend on modules
PHONY += all
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)_all: all
else_all: modules
endififeq ($(KBUILD_SRC),)# building in the source treesrctree := .
elseifeq ($(KBUILD_SRC)/,$(dir $(CURDIR)))# building in a subdirectory of the source treesrctree := ..elsesrctree := $(KBUILD_SRC)endif
endif
objtree := .
src := $(srctree)
obj := $(objtree)VPATH := $(srctree)$(if $(KBUILD_EXTMOD),:$(KBUILD_EXTMOD))export srctree objtree VPATH代码解析：
外部模块构建控制，支持两种指定外部模块目录的方式：
- 旧语法：SUBDIRS=$PWD
- 新语法：M=dir（优先级更高）
构建目标选择：
- 普通构建：_all依赖 all目标
- 外部模块构建：_all依赖 modules目标
源码/构建目录处理：
- 检测是否在源码树构建（KBUILD_SRC为空）
- 设置 srctree和 objtree路径
- 处理 VPATH（虚拟路径）以便查找源码
变量导出：将关键目录变量导出供子 make 使用
该段代码主要实现外部模块构建支持和灵活的目录路径处理，是 Linux 内核构建系统的核心功能之一。
获取主机架构和系统
下来顶层 Makefile 会获取主机架构和系统，也就是我们电脑的架构和系统。
代码如下：
HOSTARCH := $(shell uname -m | \sed -e s/i.86/x86/ \-e s/sun4u/sparc64/ \-e s/arm.*/arm/ \-e s/sa110/arm/ \-e s/ppc64/powerpc/ \-e s/ppc/powerpc/ \-e s/macppc/powerpc/ \-e s/sh.*/sh/)HOSTOS := $(shell uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]' | \sed -e 's/\(cygwin\).*/cygwin/')export HOSTARCH HOSTOSHOSTARCH（主机架构）的确定：
HOSTARCH := $(shell uname -m | \sed -e s/i.86/x86/ \-e s/sun4u/sparc64/ \-e s/arm.*/arm/ \-e s/sa110/arm/ \-e s/ppc64/powerpc/ \-e s/ppc/powerpc/ \-e s/macppc/powerpc/ \-e s/sh.*/sh/)-
uname -m：获取机器的硬件名称（如x86_64,armv7l,ppc64le等）。 -
sed命令：将不同的架构名称统一为构建系统识别的标准名称：-
i.86→x86（匹配 i386, i486, i586, i686） -
sun4u→sparc64 -
arm.*→arm（所有ARM架构统一为arm） -
sa110→arm（StrongARM处理器归类为ARM） -
ppc64/ppc/macppc→powerpc（所有PowerPC架构统一） -
sh.*→sh（SuperH架构）
-
HOSTOS（主机操作系统）的确定
HOSTOS := $(shell uname -s | tr '[:upper:]' '[:lower:]' | \sed -e 's/\(cygwin\).*/cygwin/')-
uname -s：获取操作系统名称（如Linux,Darwin,CYGWIN_NT-10.0）。 -
tr '[:upper:]' '[:lower:]'：将结果转换为小写（如Linux→linux）。 -
sed命令：特殊处理Cygwin环境： -
将
cygwin.*统一为cygwin（避免版本号差异）。
将 HOSTARCH 和 HOSTOS导出为环境变量，供后续Makefile或子进程使用。
export HOSTARCH HOSTOS最后导出的目标是： HOSTARCH=x86_64， HOSTOS=linux。
设置目标架构、交叉编译器和配置文件
编 译 uboot 的 时 候 需 要 设 置 目 标 板 架 构 和 交 叉 编 译 器 ，“ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-”就是用于设置 ARCH 和 CROSS_COMPILE。
在顶层Makefile 中代码如下：
# set default to nothing for native builds
ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))CROSS_COMPILE ?=
endifKCONFIG_CONFIG ?= .config
export KCONFIG_CONFIG原生构建的交叉编译工具链设置：
当检测到主机架构（HOSTARCH）和目标架构（ARCH）相同时，自动清空交叉编译前缀（CROSS_COMPILE）。
ifeq ($(HOSTARCH),$(ARCH))CROSS_COMPILE ?=
endif- HOSTARCH：主机CPU架构（由之前代码通过uname -m获取并标准化）。
- ARCH：目标系统架构（通常在Makefile或配置中指定，如arm、x86）。
如果 HOSTARCH == ARCH，说明是原生编译（如x86主机编译x86程序），无需交叉编译工具链。
CROSS_COMPILE ?=：清空变量，避免使用类似arm-linux-gnueabi-的前缀。
?=表示仅当变量未定义时才赋值，允许用户在命令行覆盖（如强制指定make CROSS_COMPILE=arm-linux-）。
内核配置文件路径设置
定义内核配置文件的默认路径，并导出为环境变量。
KCONFIG_CONFIG ?= .config
export KCONFIG_CONFIG- KCONFIG_CONFIG：存储配置文件路径（默认为当前目录下的.config）。
- ?=：如果未通过环境变量或命令行指定，则默认使用.config。
- export：确保子Makefile或脚本能访问该路径（如scripts/kconfig读取配置）。
调用 scripts/Kbuild.include
主 Makefile 会调用文件 scripts/Kbuild.include 这个文件。
顶层 Makefile 中代码如下：
# We need some generic definitions (do not try to remake the file).
scripts/Kbuild.include: ;
include scripts/Kbuild.include使用“include”包含了文件 scripts/Kbuild.include，此文件里面定义了很多变量，在 uboot 的编译过程中会用到这些变量，后面有机会再分析。
交叉编译工具变量设置
# Make variables (CC, etc...)AS = $(CROSS_COMPILE)as
# Always use GNU ld
ifneq ($(shell $(CROSS_COMPILE)ld.bfd -v 2> /dev/null),)LD = $(CROSS_COMPILE)ld.bfd
elseLD = $(CROSS_COMPILE)ld
endif
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
CPP = $(CC) -E
AR = $(CROSS_COMPILE)ar
NM = $(CROSS_COMPILE)nm
LDR = $(CROSS_COMPILE)ldr
STRIP = $(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump所有工具均以$(CROSS_COMPILE)为前缀，支持交叉编译（如arm-linux-gnueabi-gcc）
基础工具：
- AS：汇编器（as）
- CC：C编译器（gcc）
- CPP：C预处理器（gcc -E）
- AR：静态库打包工具（ar）
- NM：符号表查看工具（nm）
检测是否存在ld.bfd（Binutils的默认链接器），若存在则优先使用：
ifneq ($(shell $(CROSS_COMPILE)ld.bfd -v 2> /dev/null),)LD = $(CROSS_COMPILE)ld.bfd # 优先尝试GNU bfd版本的ld
elseLD = $(CROSS_COMPILE)ld # 回退到标准ld
endif导出其他变量
接下来在顶层 Makefile 会导出很多变量，代码如下：
export VERSION PATCHLEVEL SUBLEVEL UBOOTRELEASE UBOOTVERSION
export ARCH CPU BOARD VENDOR SOC CPUDIR BOARDDIR
export CONFIG_SHELL HOSTCC HOSTCFLAGS HOSTLDFLAGS CROSS_COMPILE AS
LD CC
export CPP AR NM LDR STRIP OBJCOPY OBJDUMP
export MAKE AWK PERL PYTHON
export HOSTCXX HOSTCXXFLAGS DTC CHECK CHECKFLAGSexport KBUILD_CPPFLAGS NOSTDINC_FLAGS UBOOTINCLUDE OBJCOPYFLAGS
LDFLAGS
export KBUILD_CFLAGS KBUILD_AFLAGS目标系统配置变量如下：
| 变量 | 典型值示例 | 作用 |
|---|---|---|
|
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| 目标CPU架构 |
|
|
| 具体CPU型号 |
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|
| 开发板名称 |
|
|
| 芯片厂商 |
|
|
| 芯片系列 |
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|
| CPU相关代码路径 |
|
|
| 开发板相关代码路径 |
在 uboot 根目录下有个文件叫做 config.mk，这 7 个变量就是在 config.mk 里面定义的。
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. 命令解析阶段
当执行 make xxx_defconfig时：
-
xxx_defconfig：对应
configs/目录下的预置配置文件（如mx6ull_alientek_emmc_defconfig）。 -
Makefile 目标匹配：
顶层 Makefile 中定义了
%config规则，匹配所有以_defconfig结尾的目标。
2. Makefile 关键逻辑
顶层 Makefile 中的相关规则如下：
%config: scripts_basic outputmakefile FORCE $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@分解说明：
-
依赖项：
-
scripts_basic：确保scripts/kconfig目录下的工具（如conf、mconf）已编译。 -
outputmakefile：生成输出目录的 Makefile（用于O=dir构建）。 -
FORCE：强制目标每次执行（即使文件已存在）。
-
-
实际执行：
-
$(build)=scripts/kconfig：调用scripts/Kbuild.include中的build变量，切换到scripts/kconfig目录。 -
$@：展开为xxx_defconfig（用户输入的目标）。
-
3. 配置生成流程
步骤 1：复制默认配置
-
从
configs/xxx_defconfig复制到.config（根目录下）：cp configs/xxx_defconfig .config
步骤 2：运行配置工具
调用 scripts/kconfig/conf工具处理配置：
scripts/kconfig/conf --defconfig=.config Kconfig-
--defconfig：指定输入配置文件。 -
Kconfig：顶层 Kconfig 文件，定义所有配置选项的层级关系。
步骤 3：生成头文件
-
根据
.config生成include/config.h和include/config/auto.conf： -
auto.conf：包含所有配置项的CONFIG_*变量，供 Makefile 使用。 -
config.h：C 代码可包含的宏定义（如#define CONFIG_SYS_TEXT_BASE 0x87800000）。
4. Kconfig 系统的作用
-
层级化配置：
每个子目录的
Kconfig文件定义该模块的配置选项（如arch/arm/Kconfig定义 ARM 架构相关配置）。 -
依赖关系：
通过
depends on、select等关键字确保配置的合理性（例如启用某驱动时自动依赖其总线配置）。 -
交互界面：
支持
menuconfig、xconfig等图形化配置工具（但defconfig是非交互模式）。
5. 输出文件解析
配置完成后生成的关键文件：
| 文件路径 | 作用 |
|---|---|
|
| 最终生效的配置文件（可直接手动修改后运行 |
|
| 供 C 代码使用的宏定义（如 |
|
| 供 Makefile 使用的变量（如 |
|
| 三态配置（ |
Makefile.build 脚本分析
scripts_basic目标分析
编译生成 scripts/basic/fixdep工具，用于处理依赖文件（如 .d文件）：
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/basicscripts_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：
# Modified for U-Boot
prefix := tpl
src := $(patsubst $(prefix)/%,%,$(obj))
ifeq ($(obj),$(src))
prefix := spl
src := $(patsubst $(prefix)/%,%,$(obj))
ifeq ($(obj),$(src))
prefix := .
endif
endif路径解析：
- prefix初始为 tpl，尝试匹配 tpl/scripts/basic→ 失败 → 回退到 spl→ 最终 prefix=.。
- src := scripts/basic（源码目录），obj := scripts/basic（输出目录）。
Makefile 包含：
- 通过 include ./scripts/basic/Makefile加载子目录的构建规则。
- scripts/basic/Makefile中定义 always := fixdep，强制编译 fixdep。
默认目标 __build：
依赖 scripts/basic/fixdep，触发 fixdep的编译：
__build: scripts/basic/fixdep@:%config目标分析
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig xxx_defconfig各个变量值如下：
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.
总而言之，一切的一切都是为了最后生成.config文件。
make流程
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。