U-Boot零基础入门第二篇（如何看懂uboot目录？）

引言

当我们从香橙派官网下载uboot之后我们进行一直

第一部分：文件（构建系统和项目管理）

Makefile 、Kconfig 、.config、config.mk 之间的关系

为什么需要这四个文件？

你有 U-Boot 的源代码，上千个 .c 文件散落在几十个目录里。现在问题来了：

问题1：怎么知道编译哪些文件？ 你的开发板可能需要 USB 驱动，但不需要网卡驱动。另一个板子正好相反。不可能把所有源文件都编译进去，镜像会太大，而且有些代码会冲突。→ 需要一个配置系统，让你选择"要 USB、不要网卡"，这个系统生成一个配置清单→ 这个配置清单就是 .config 文件 → 生成这个清单的工具叫 Kconfig

问题2：用什么编译器编译？ 你在 x86 电脑上开发，但目标板子是 ARM 架构。不能用本机的 gcc，必须用 ARM 交叉编译器 arm-linux-gnueabi-gcc。编译选项也要设置好，比如优化等级 -O2、警告开关 -Wall。→ 需要一个地方统一定义编译工具和参数 → 这个文件叫 config.mk → 它里面写着：CC = arm-linux-gnueabi-gcc、CFLAGS = -O2 -Wall

问题3：怎么自动化整个编译过程？ 手动编译是这样的：gcc -c file1.c -o file1.ogcc -c file2.c -o file2.o ...重复几百次gcc file1.o file2.o ... -o u-boot太蠢了，而且文件改了还要记住重新编译哪些。→ 需要一个自动化工具，告诉它最终目标是 u-boot.bin，它自动找出要编译哪些文件、按什么顺序→ 这个工具是 GNU Make，它读取的规则文件叫 Makefile

问题4：子目录的编译怎么处理？ drivers/usb/ 目录下有一堆 USB 相关的 .c 文件，需要统一管理。每个子目录都要有编译规则，但不能每个目录都写一遍重复的逻辑。→ 需要一套通用的构建规则模板，所有子目录都遵循这套规则
→ 这套规则叫 Kbuild 系统 → 顶层 Makefile 引入 Kbuild 后，可以用统一的方式处理所有子目录

它们怎么协作？

第一步：配置阶段（决定编译什么）

你运行 make menuconfig，看到一个菜单：

[ ] Enable USB support
[ ] Enable Network support
[*] Enable MMC support

→ 这个菜单是 Kconfig 文件生成的。Kconfig 里写着：

config USB_SUPPORTbool "Enable USB support"depends on DM_USB

→ 你勾选了 USB support，Kconfig 检查依赖：USB 需要先启用 DM_USB，于是自动帮你勾上 DM_USB

→ 退出菜单保存后，生成 .config 文件：

CONFIG_USB_SUPPORT=y
CONFIG_DM_USB=y
CONFIG_NETWORK=n
CONFIG_MMC=y

第二步：编译阶段（实际执行编译）

你运行 make。

第一件事：Makefile 准备编译环境

Makefile 开头执行：

include config.mk

→ 读取 config.mk，获得：

CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabi-
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CFLAGS = -O2 -Wall -fno-common

→ 现在 Makefile 知道了用什么编译器、用什么参数

第二件事：Makefile 读取配置

Makefile 继续执行：

include .config

→ 读取 .config，看到 CONFIG_USB_SUPPORT=y、CONFIG_MMC=y

→ 这些配置会影响后面的编译决策

第三件事：Makefile 引入 Kbuild 规则

Makefile 执行：

include scripts/Kbuild.include

→ 引入 Kbuild 的通用规则，比如怎么递归编译子目录、怎么处理依赖关系

→ 现在 Makefile 有了处理复杂项目的能力

第四件事：开始递归编译

Makefile 看到要编译的目录列表（lib/、drivers/、common/ 等），开始递归处理。

进入 drivers/usb/ 目录，这个目录有个 Kbuild 文件（或 Makefile）：

obj-$(CONFIG_USB_SUPPORT) += usb-common.o
obj-$(CONFIG_USB_STORAGE) += usb-storage.o

→ Kbuild 读取 .config，看到 CONFIG_USB_SUPPORT=y

→ obj-$(CONFIG_USB_SUPPORT) += usb-common.o 展开成 obj-y += usb-common.o

→ obj-y 表示要编译的文件，于是 usb-common.c 被加入编译列表

→ 执行编译命令（使用 config.mk 定义的编译器和参数）：

arm-linux-gnueabi-gcc -O2 -Wall -DCONFIG_USB_SUPPORT -c usb-common.c -o usb-common.o

→ 注意 -DCONFIG_USB_SUPPORT，这是把 .config 中的配置传给编译器的宏定义

所有子目录都这样处理完后，最后链接：

arm-linux-gnueabi-ld usb-common.o mmc.o ... -o u-boot

生成最终的 u-boot.bin

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四个文件的角色总结

Kconfig：决策者

• 作用时机：配置阶段（make menuconfig）
• 干什么：生成 .config 文件，记录"要编译什么"
• 不参与实际编译

config.mk：工具箱

• 作用时机：编译阶段开始前
• 干什么：告诉 Makefile"用什么工具编译"（编译器路径、编译参数）
• 被 Makefile include，提供编译环境

Kbuild：执行规则

• 作用时机：编译阶段
• 干什么：提供通用的编译规则模板，处理复杂的递归编译
• 被 Makefile include，提供自动化能力

Makefile：总指挥

• 作用时机：编译阶段（make）
• 干什么：协调其他三者，执行整个编译流程
• 先 include config.mk 获取工具
• 再 include .config 获取配置
• 再 include Kbuild 获取规则
• 最后递归编译所有目录，生成最终文件

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完整流程示例

你要给 ARM 板子编译支持 USB 的 U-Boot：

1. 配置：make menuconfig → Kconfig 生成菜单 → 你选中 USB → 保存生成 .config 文件（CONFIG_USB_SUPPORT=y）

2. 编译：make → Makefile 开始工作：

• include config.mk → 获得 CC=arm-linux-gnueabi-gcc
• include .config → 知道 CONFIG_USB_SUPPORT=y
• include Kbuild.include → 获得递归编译能力
• 递归进入 drivers/usb/ → 读取该目录的 Kbuild → 看到 obj-$(CONFIG_USB_SUPPORT)+=usb-common.o → 因为 CONFIG_USB_SUPPORT=y，所以编译 usb-common.c → 用 arm-linux-gnueabi-gcc 编译
• 所有目录处理完 → 链接生成 u-boot.bin

配置阶段（make menuconfig）
═══════════════════════════════════════════════════════════════════┌─────────────┐│   Kconfig   │  定义所有配置选项（USB、网卡、MMC...）│  (规则定义) │  和它们之间的依赖关系└──────┬──────┘││ 用户通过menuconfig选择配置│ Kconfig检查依赖、自动启用必需项↓┌─────────────┐│  .config    │  CONFIG_USB_SUPPORT=y│ (配置清单)  │  CONFIG_MMC=y└─────────────┘  CONFIG_NETWORK=n│          (决定编译哪些代码)││ 配置完成，进入编译阶段│↓编译阶段（make）
═══════════════════════════════════════════════════════════════════┌────────────────────────┐│      Makefile          ││    (总指挥/协调者)      │└───────────┬────────────┘│┌───────────┼───────────┐│           │           │第1步   │   第2步   │   第3步   │↓           ↓           ↓┌──────────────┐  ┌─────────┐  ┌──────────────┐│  config.mk   │  │ .config │  │Kbuild.include││  (工具箱)    │  │(配置单)  │  │ (执行规则)   │└──────────────┘  └─────────┘  └──────────────┘│                 │             ││ 提供:           │ 提供:       │ 提供:│ CC=arm-gcc      │ CONFIG_     │ build函数│ CFLAGS=-O2      │ USB=y       │ 递归编译规则│ LD=arm-ld       │ CONFIG_     │ 依赖处理│                 │ MMC=y       │└─────────┬───────┴──────┬──────┴──────┬─────────│              │             │└──────────────┼─────────────┘││ Makefile获得完整能力:│ ① 知道用什么编译│ ② 知道编译什么│ ③ 知道怎么编译│↓┌─────────────────────────┐│  递归处理各个子目录      │└────────────┬────────────┘│┌───────────────────────┼───────────────────────┐│                       │                       │↓                       ↓                       ↓┌─────────┐            ┌─────────┐            ┌─────────┐│drivers/ │            │  lib/   │            │common/  ││  usb/   │            │         │            │         │└────┬────┘            └────┬────┘            └────┬────┘│                      │                      ││ 读取该目录的Kbuild   │                      │↓                      │                      │┌──────────────────────┐   │                      ││drivers/usb/Kbuild    │   │                      ││                      │   │                      ││obj-$(CONFIG_USB)     │   │                      ││  += usb-common.o     │   │                      │└──────┬───────────────┘   │                      ││                    │                      ││ CONFIG_USB=y       │                      ││ 所以展开为:        │                      ││ obj-y += usb-      │                      ││ common.o           │                      │↓                    ↓                      ↓┌──────────────────────────────────────────────────────┐│           执行实际的编译命令                          ││                                                       ││  arm-linux-gnueabi-gcc \                             ││    -O2 -Wall \              ← 来自config.mk         ││    -DCONFIG_USB_SUPPORT \   ← 来自.config           ││    -c usb-common.c \        ← 来自Kbuild规则        ││    -o usb-common.o                                   │└───────────────────────┬──────────────────────────────┘││ 所有.c编译成.o│↓┌───────────────┐│ usb-common.o  ││ mmc.o         ││ serial.o      ││ ...           │└───────┬───────┘││ 链接所有.o文件↓┌───────────────┐│ arm-ld \      ││   *.o \       ││   -o u-boot   │└───────┬───────┘│↓┌───────────────┐│  u-boot.bin   │  ← 最终产物└───────────────┘关系图（各文件职责）
═══════════════════════════════════════════════════════════════════Kconfig          config.mk         Kbuild           Makefile(配置者)          (工具箱)         (规则库)         (总指挥)│                 │                │                ││生成             │定义            │定义            │协调全局↓                 ↓                ↓                ↓.config          编译工具           构建规则        编译流程(要编什么)       (用什么编)        (怎么编)        (按序执行)│                 │                │                │└─────────────────┴────────────────┴────────────────┘│↓编译成功u-boot.bin数据流向
═══════════════════════════════════════════════════════════════════用户选择配置↓[Kconfig] ─生成→ [.config]││ 读取↓[config.mk] ←─包含─ [Makefile] ←─包含─ [Kbuild.include]│                  │                     ││提供工具          │协调                │提供规则│                  ↓                     │└──────→ 编译命令 ←────────────────────┘↓[源码.c] → [目标.o] → [u-boot.bin]

这就是四个文件如何配合完成从配置到编译的整个过程。

README - 项目说明文档。U-Boot 的简介、编译方法、基本使用。拿到源码首先要看这个文件。

MAINTAINERS - 代码维护者列表。记录每个模块的负责人和联系方式。提交补丁时需要抄送对应维护者。

COPYING - 版权声明文件。U-Boot 使用 GPL 开源协议，这里是协议原文。说明了代码的使用和分发规则。

CREDITS - 贡献者名单。记录了对 U-Boot 有贡献的开发者，这是致谢和荣誉名单。

.gitignore - Git 版本控制的忽略规则。定义哪些文件不纳入版本管理（编译生成的 .o 文件、u-boot.bin 等临时文件）。这是 Git 工具使用的，与 U-Boot 功能无关。

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第二部分：文件夹（功能模块）

第一层：CPU 和开发板适配

arch/ - 处理器架构实现代码。你的 RK3588S 是 ARM64 架构，上电后第一条指令在 arch/arm 下。包含：

• CPU 启动汇编代码（start.S）
• 异常向量表
• MMU 和 Cache 控制
• 架构相关的底层操作

board/ - 开发板配置代码。这个目录下有多少个文件夹，就表示当前 U-Boot 支持多少个开发板。每个开发板的硬件连接不同：电源管理芯片、DDR 型号、外设连接方式。

重要机制说明：为了管理越来越多的开发板，board 下采用了两级目录结构：

• 第一级是厂商目录（vendor，如 rockchip、samsung）
• 第二级是具体的开发板目录
• 你的板子路径应该是：board/rockchip/orangepi-5-pro 或类似结构
• 配置阶段（Kconfig）需要正确指定这个路径，否则编译时找不到文件

configs/ - 板级配置文件集合。每个开发板有一个 _defconfig 文件，定义了编译选项：启用哪些驱动、支持哪些功能、内存地址设置。你的板子是 orangepi-5-pro_defconfig。执行 make orangepi-5-pro_defconfig 应用这个配置，这一步就是在确定使用 board 目录下的哪个文件夹。

dts/ - 设备树编译的工作目录。实际的 .dts 源文件在 arch/arm/dts 下，编译时在这个目录生成 .dtb 二进制文件。这是设备树的中转站。

第二层：硬件驱动

drivers/ - 硬件驱动代码。这些驱动大部分是从 Linux 内核移植过来的，但 U-Boot 是裸机程序，所以驱动是 Linux 驱动的简化版本。包含：

• GPIO、I2C、SPI 等总线驱动
• MMC/SD 卡驱动
• USB 驱动
• 网卡驱动
• NAND Flash 驱动
  开发板必须用到的驱动都在这里。

include/ - 头文件集中目录。U-Boot 和 Linux 内核采用同样的管理方式：所有头文件集中放在 include 目录，而不是跟着对应的 .c 文件。包含：

• 函数声明
• 结构体定义
• 寄存器地址宏定义
• CONFIG_ 开头的配置选项

第三层：存储和文件系统

disk/ - 磁盘分区管理。解析 SD 卡和 eMMC 上的分区表（GPT 或 MBR），确定各分区的位置和大小。

fs/ - 文件系统支持。从 Linux 移植过来的文件系统驱动：

• FAT32（SD 卡常用）
• EXT4（Linux 分区）
• UBIFS（NAND Flash）
• BTRFS、SquashFS 等
  有了文件系统驱动才能按文件名读取内核镜像。

第四层：启动和命令系统

boot/ - 启动流程主控。协调各模块完成启动：定位内核、加载到内存、加载设备树、设置参数、跳转到内核入口。

cmd/ - 命令行实现。U-Boot 提供的所有命令都在这里实现：

• bootm：启动内核
• mmc：操作 SD 卡
• setenv：设置环境变量
• md/mw：读写内存
  每个命令对应一个 cmd_xxx.c 文件。

common/ - 公共功能代码。不属于特定硬件的通用逻辑：

• cmd_ 开头的文件：命令系统的框架实现
• env_ 开头的文件：环境变量的管理实现
• 控制台输入输出
• CRC 校验
  这是连接底层硬件和上层功能的桥梁。

env/ - 环境变量管理的底层实现。环境变量（bootcmd、bootargs、ipaddr 等）需要持久化到 Flash，这里实现了不同存储介质的环境变量读写。

第五层：网络功能

net/ - 网络协议栈。实现了：

• TCP/IP、UDP 协议
• DHCP、TFTP、NFS
• ping、tftp 等命令
  支持通过网络加载内核、网络启动。

第六层：库和通用支撑

lib/ - 基础库函数。所有架构通用的库代码：

• 字符串操作
• 数据结构
• 加密算法（AES、RSA、SHA）
• 压缩解压（gzip、lzma）
  这是最底层的运算能力提供者。

api/ - 应用程序接口。定义了外部程序调用 U-Boot 功能的接口，允许在 U-Boot 环境下运行扩展应用。

第七层：开发工具

scripts/ - 构建辅助脚本。Makefile 调用的各种脚本：

• 设备树编译器（dtc）
• Kconfig 配置工具
• 依赖关系分析
• 头文件生成
  这些脚本在编译时自动运行。

tools/ - 开发工具集。在主机上使用的工具：

• mkimage：制作 U-Boot 格式的镜像文件（重要）
• menuconfig：图形配置界面
• 镜像处理工具
  这些工具不在开发板运行，是交叉编译时使用的。

第八层：测试和示例

test/ - 测试代码。单元测试、集成测试、Python 测试脚本，验证功能正确性。

examples/ - 示例程序。演示如何使用 U-Boot 的 API 编写独立应用。

post/ - 上电自检（Power-On Self Test）。系统启动时可选的硬件检测：内存测试、CPU 测试、外设自检。

第九层：文档

doc/ - 文档目录。使用手册、移植指南、设计文档、各模块 README。虽然是英文且较杂乱，但是理解源码的重要参考。

Licenses/ - 开源许可证。GPL 协议原文和各组件的授权声明。

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关键理解点

配置阶段的重要性

U-Boot 的可移植性依靠配置系统维护。配置阶段解决的核心问题是：

1. 确定使用哪个开发板：从 board 目录的众多文件夹中选择一个
2. 确定文件路径：board 下有的是一级目录（开发板名），有的是二级目录（厂商/开发板），配置时必须指定正确的路径深度
3. 确定编译选项：启用哪些驱动、哪些功能

不配置就无法编译，因为编译器不知道要编译哪些文件、去哪里找这些文件。

目录重要性总结

必须深入理解的：

• board/ - 开发板适配的关键
• arch/arm/mach-rockchip/rk3588/ - RK3588 芯片初始化
• configs/orangepi-5-pro_defconfig - 你的板子配置
• arch/arm/dts/rk3588s-orangepi-5-pro.dts - 设备树

需要了解的：

• drivers/ - 驱动在哪里
• common/ - 命令和环境变量实现
• include/ - 头文件位置
• lib/ - 库函数

移植时几乎不动的：

• arch/arm/cpu/ - SoC 代码，同芯片的板子通用
• net/、fs/ - 协议和文件系统，通用代码
• lib/ - 库函数，通用代码

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