【Linux】制作U-Boot烧写镜像到SD卡的过程（下篇：Makefile文件）

怼烎@ 2022-01-29 10:17 384阅读 0赞

上文讲到，如果需求仅略微修改，整个从编译到仅保留二进制文件到添加`HeaderInfo`到烧写到SD卡的一系列命令都需要重新再输入一遍，这很繁琐。

如何解决这个问题呢？

# 制作一个bash脚本文件 #

制作一个`bash`脚本文件，也就是制作一个`批处理文件`：

#!/bin/bash
    
    arm-linux-gcc -c mystart.s
    arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s			//.s文件生成.o文件
    
    arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o	//.o文件生成可执行文件
    
    arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin			//只保留二进制文件
    
    ./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k					//添加HeaderInfo
    
    sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1		//烧写到SD卡

然后运行这个文件：

bash genmyboot.sh

虽然，这样也能够实现功能，但是某种程度上可以看出并不智能。什么意思呢？可能某次修改，只修改了其中的某几个文件，其他的很多文件都没有修改。但如果运行这个`bash`，所有的程序都要走一遍，也就是无论文件是否被修改，都会被处理，会浪费很多的时间。

# Makefile #

## 无需畏惧Makefile ##

`Makefile`是一个能够让初学者很挫败的文件，初看会让人头昏眼花，感觉在看“天书”。比如下面是`U-Boot`的`Makefile`中很少的一部分：

$(obj)u-boot.img:	$(obj)u-boot.bin
    		$(obj)tools/mkimage -A $(ARCH) -T firmware -C none \
    		-O u-boot -a $(CONFIG_SYS_TEXT_BASE) -e 0 \
    		-n $(shell sed -n -e 's/.*U_BOOT_VERSION//p' $(VERSION_FILE) | \
    			sed -e 's/"[ ]*$$/ for $(BOARD) board"/') \
    		-d $< $@
    
    $(obj)u-boot.ubl:       $(obj)spl/u-boot-spl.bin $(obj)u-boot.bin
    		$(OBJCOPY) ${ OBJCFLAGS} --pad-to=$(PAD_TO) -O binary $(obj)spl/u-boot-spl $(obj)spl/u-boot-spl-pad.bin
    		cat $(obj)spl/u-boot-spl-pad.bin $(obj)u-boot.bin > $(obj)u-boot-ubl.bin
    		$(obj)tools/mkimage -n $(UBL_CONFIG) -T ublimage \
    		-e $(CONFIG_SYS_TEXT_BASE) -d $(obj)u-boot-ubl.bin $(obj)u-boot.ubl
    		rm $(obj)u-boot-ubl.bin
    		rm $(obj)spl/u-boot-spl-pad.bin
    
    $(obj)u-boot.ais:       $(obj)spl/u-boot-spl.bin $(obj)u-boot.img
    		$(obj)tools/mkimage -s -n $(if $(CONFIG_AIS_CONFIG_FILE),$(CONFIG_AIS_CONFIG_FILE),"/dev/null") \
    			-T aisimage \
    			-e $(CONFIG_SPL_TEXT_BASE) \
    			-d $(obj)spl/u-boot-spl.bin \
    			$(obj)spl/u-boot-spl.ais
    		$(OBJCOPY) ${ OBJCFLAGS} -I binary \
    			--pad-to=$(CONFIG_SPL_MAX_SIZE) -O binary \
    			$(obj)spl/u-boot-spl.ais $(obj)spl/u-boot-spl-pad.ais
    		cat $(obj)spl/u-boot-spl-pad.ais $(obj)u-boot.img > \
    			$(obj)u-boot.ais

是不是很费解？`Makefile`其实语法比较简单，但复杂就复杂在其中运用了许多`shell`脚本和各种正则表达式等，这些混杂在一起，就会让人摸不着头脑。

如果需要详细了解`Makefile`的内容，可以参考链接：[跟我一起写Makefile][Makefile]。

## Makefile的基本语法 ##

target ... : prerequisites ...
        command
        ...
        ...

具体含义为：

*  `target`：可以是一个`object file`（目标文件），也可以是一个执行文件，还可以是一个标签（`label`）；
 *  `prerequisites`：生成该target所依赖的文件和/或target；
 *  `command`：该target要执行的命令（任意的shell命令）。

这是一个文件的依赖关系，也就是说，**`target`这一个或多个的目标文件依赖于`prerequisites`中的文件， 其生成规则定义在`command`中**。说白一点就是说：**`prerequisites`中如果有一个以上的文件比`target`文件要新的话，`command`所定义的命令就会被执行**。

这就是`Makefile`的规则，也就是`Makefile`中最核心的内容。

# Makefile案例 #

既然大致了解了`Makefile`的规则，那么如何才能完成制作描述`U-Boot`烧写镜像到SD卡的过程的`Makefile`呢？

# .s文件生成.o文件 #

先根据这个简单的规则，写一个简单的`Makefile`。这里首先注明一下`make`命令的寻找优先级，`make`会在当前目录下寻找以下的`Makefile`文件，优先级由高到低为：

**GUNMakefile > makefile > Makefile**

一般，文件命名为`Makefile`。

制作一个`Makefile`文件，用于将`mystart.s`汇编成`mystart.o`文件：

mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s

这很简单，如果同时还需要将`mylowlevel_init.s`汇编成`mylowlevel_init.o`文件：

mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s
    	
    mylowlevel_init.o: mylowlevel_init.s
    	arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s

如果此时，还是运行`Makefile`，会发现只运行了前一句指令，但后一句的指令并没有被运行。这是因为：**`Makefile`只运行第一个目标`target`，其余的目标`target`都不会被运行**。

怎么解决呢？利用`Makefile`生成一个`伪目标target`，再利用伪目标`target`去生成接下来的两个目标`target`。方式如下：

.PHONY:all				//注明all为伪目标（可写可不写）
    all: mystart.o mylowlevel_init.o
    
    mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s
    	
    mylowlevel_init.o: mylowlevel_init.s
    	arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s

当`make`的时候，目标`all`本身不运行任何命令，但是它依赖于`mystart.o`和`mylowlevel_init.o`。但当前目录下并没有这两个文件，因此它就会自动在当前`Makefile`中寻找是否存在目标`target`，如果存在，就自动执行该目标的命令。

## 其余步骤 ##

.PHONY:all				//注明all为伪目标（可写可不写）
    all: mystart.o mylowlevel_init.o
    	arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o
    	arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin
    	./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k
    
    mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s
    	
    mylowlevel_init.o: mylowlevel_init.s
    	arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s

由于烧写到SD卡的命令，需要SD卡已经插入的状态，一般而言，不会将它和这些命令都写在一起。但是，每次都输入这么麻烦的代码，也是很麻烦的事情。于是，可以用另一种方式：

创造一个伪目标，专门用于烧写镜像到SD卡中。但是，一般情况下，这句伪目标是运行不到的。那怎么样才能只运行这句伪目标呢？

只需要在make的时候，人为地指定伪目标即可：

make mksd

## Makefile的改进 ##

尽管此时`Makefile`的运行没有问题，但是还是会发现一个问题。如果修改了`mylowlevel_init.s`文件，只会将`mylowlevel_init.s`文件会变成`mylowlevel_init.o`文件，`mystart.s`并不会重新汇编，这很不错；但是如果两个都不修改，此时两个`.s`文件都不会会变成`.o`文件，但是后面链接、只保留二进制文件、添加`HeaderInfo`三句依然还是会运行！

这是为什么呢？

由于all是一个伪目标，没有办法进行目标与依赖之间的新旧关系，因此就会一直都会运行后面的三句。

改进后的代码为：

.PHONY:all				//注明all为伪目标（可写可不写）
    all: myboot
    
    mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s
    	
    mylowlevel_init.o: mylowlevel_init.s
    	arm-linux-gcc -c mylowlevel_init.s
    
    myboot: mystart.o mylowlevel_init.o myboot.lds
    	arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o
    	arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin
    	./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k
    	
    .PHONY:mksd
    mksd:
    	sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1

如此便好，也就是说，**最好让伪目标没有命令可以执行**。

# Makefile的自动化变量 #

尽管上文的`Makefile`看起来比较“优雅”了，但是还是存在问题的：如果存在100个`.s`文件需要汇编成`.o`文件，那么需要写100条类似于如下的代码。

mystart.o: mystart.s
    	arm-linux-gcc -c mystart.s

这想一想，也是非常繁琐。于是，`Makefile`就引进了：

*  **自动化变量：$@（所有目标target集合）、$^（所有依赖集合）、$<（所有依赖集合中的第一个）**
 *  **模式匹配：%.x（当前目录下所有.x结尾的文件）**

有了自动化变量和模式匹配，就可以写出更加简洁的`Makefile`了：

.PHONY:all				//注明all为伪目标（可写可不写）
    all: myboot
    
    %.o: %.s
    	arm-linux-gcc -c $<
    
    myboot: mystart.o mylowlevel_init.o myboot.lds
    	arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o
    	arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin
    	./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k
    	
    .PHONY:mksd
    mksd:
    	sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1

同样，可以使用变量来代替某些内容，有点类似于宏定义的样子。**一般采用`:=`来赋值，引用的时候需要用`$()`来引用**：

CC := arm-linux-gcc
    
    .PHONY:all				//注明all为伪目标（可写可不写）
    all: myboot
    
    %.o: %.s
    	$(CC) -c $<
    
    myboot: mystart.o mylowlevel_init.o myboot.lds
    	arm-linux-ld -T myboot.lds -o myboot mystart.o mylowlevel_init.o
    	arm-linux-objcopy -O binary myboot myboot.bin
    	./mkv210 u-boot.bin u-boot.16k
    	
    .PHONY:mksd
    mksd:
    	sudo dd iflag=dsync oflag=dsync if=u-boot.16k of=/dev/sdb seek=1

当然，`U-Boot`的`Makefile`肯定比本文的要复杂得多的多，之后的博文会对此进行详细分析。

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[Makefile]: https://seisman.github.io/how-to-write-makefile/overview.html
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