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NuttX 编译系统

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发表于 2021-4-1 23:18:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
                                                    原文  http://blog.csdn.net/zhumaill/article/details/24400441

1  简介

NuttX 是通过 Makefile 文件组织编译的。Makefile 文件描述了整个 NuttX 工程的编译、链接等规则,告诉 make 要编译哪些文件、怎样编译以及在什么条件下编译。NuttX 没有使用 Autoconf、 Automake、 CMake、 SCons 等自动化编译工具,它的 Makefile 文件完全由手工编写,比那些自动化编译工具所使用的编译文件更容易阅读,更容易理解软件的编译过程。正应了那句话:试图用一种方法使事情变得简单,结果却使事情变得更复杂。

2  Makefile 文件组织结构

    nuttx/Makefile: 顶层 Makefile 文件,内容很简单,根据主机环境,条件包含  Makefile.unix 或 Makefile.win。
    nuttx/Makefile.unix:Linux 环境下的 Makefile 文件。
    nuttx/Makefile.win:Windows 环境下的 Makefile 文件。
    nuttx/Make.defs:从 nuttx/config/<板卡>/<目标配置>/Make.defs 复制而来。
    各级子目录下的 Makefile、 Make.defs 和 Make.dep。

3  Makefile 文件包含树

(顶层目录是 nuttx)

    `        |<--.config
             |
             |                 |<--.config
             |                 |<--tools/Config.mk
             |<--Makefile.unix-|
    Makefile-|                 |             |<--.config
             |                 |<--Make.defs-|<--tools/Config.mk
             |                               |<--arch/arm/src/armv7-m/Toolchain.defs
             |
             |<--Makefile.win-(略)

可以看出,《 nuttx 配置系统》中所生成的 .config 文件被包含在 Makefile 文件中。

各级子目录下的 Makefile、 Make.defs 和 Make.dep 并不是通过 include 包含的,而是在执行 Makefile 文件中的 make 命令时调用的。

4  构建目标和选项
4.1  构建目标:

以下是在顶层 Makefile 文件中可用的构建目标的概述:

all
    默认目标,按已选择的输出格式构建 NuttX 可执行文件。

clean
    移除派生对象文件、静态库文件、可执行文件和临时文件,但保留配置和上下文的文件和目录。还保留 Make.dep 文件。

distclean
    除了完成 “clean” 的工作之外,还包括移除所有配置和上下文的文件。本质是将目录结构还原为其原始的、未配置的状态。

4.2  应用程序内务处理目标

APPDIR 变量引用用户应用程序目录。如 NuttX 包含的 app/ 目录,然而,这不被看作是 NuttX 的一部分,可以被一个不同的应用程序目录替代。在大多数情况下,应用程序目录在 Makefile 脚本中被看作像任何其它构建目录。但是,为方便起见,包含了以下目标,以支持从 NuttX 构建目录处理用户应用程序目录中的内务处理功能。

apps_clean
    仅对用户应用程序目录执行 clean 操作。

apps_distclean
    仅对用户应用程序目录执行 distclean 操作。 apps/.config 文件被保留,所以这不是一个完全的 distclean,但多于配置复位。

export
    export 目标将打包 NuttX 库和头文件到可输出包。注意事项:(1) 需要对 KERNEL 构建做一些扩展。 (2) tools/mkexport.sh 中的逻辑只支持 GCC,例如,显式地假定静态库生成器为“ar”。

download
    这是一个助手目标,它将重建 NuttX 并将其下载到目标系统,只需一步。此目标的操作完全依赖于用户 Make.defs 文件中的 DOWNLOAD 命令的实现。如果未定义 DOWNLOAD 命令,它将产生一个错误。

4.3  内部目标

以下目标是由 make 逻辑内部使用的,但如果有必要,可以在某些条件下从命令行调用。

depend
    创建构建依赖关系,生成 Make.dep 文件和 .depend 文件。(注意:当前在使用 Windows 本地工具链的 Cygwin 下不支持构建依赖关系)

context
     在每次目标构建时调用 context 目标以确保正确配置了 NuttX。基本配置步骤包括在 include/nuttx 目录中创建 config.h 和 version.h 头文件,建立链接到配置目录的符号链接。

clean_context
    这是 distclean 目标的一部分。它移除由 context 目标创建的所有头文件和符号链接。

4.4  构建选项

当然,任何 make 变量的值都可以从命令行覆盖。然而,有一个特殊的变量赋值选项可能对你非常有用:

  V=1

这是生成详细级别标志。如果你在命令行上指定 V=1,你将在构建时看到所使用的确切命令。当添加新的板卡或追踪编译时错误和警告时可能非常有用。

5  all 目标依赖树

    `                          |<--pass1dep-|<----------------------------------------╮
                 |<--pass1deps-|            |<--tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)             |
                 |     |       |                                                      |
                 |  ╭--╯       |<--$(USERLIBS)(平面构建时为空)                          |
                 |  |                                                                 |
                 |  |           |<--pass2dep-|<---------------------------------------|
                 |<---pass2deps-|            |<--tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)            |
                 |  |  |        |                                                     |
                 |  |  |        |<--$(NUTTXLIBS)(与配置有关)<--╮                       |
                 |  |  |                                      |                       |
                 |  |  |  ╭-----------------------------------╯                       |
                 |  |  |  |                                                           |
                 |  |  |  |<--lib/libsched$(LIBEXT)<--sched/libsched$(LIBEXT)<--------|
                 |  |  |  |<--lib/libc$(LIBEXT)<--libc/libc$(LIBEXT)<-----------------|
                 |  |  |  |<--lib/libmm$(LIBEXT)<--mm/libmm$(LIBEXT)<-----------------|
    all<--$(BIN)-|  |  |  |<--lib/libarch$(LIBEXT)<--$(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT)<----|
                 |  |  |  |<--lib/libcxx$(LIBEXT)<--libxx/libcxx$(LIBEXT)<------------|
                 |  |  |  |<--lib/libapps$(LIBEXT)<--$(APPDIR)/libapps$(LIBEXT)<------|
                 |  |  |  |<--lib/libnet$(LIBEXT)<--net/libnet$(LIBEXT)<--------------|
                 |  |  |  |<--lib/libfs$(LIBEXT)<--fs/libfs$(LIBEXT)<-----------------|
                 |  |  |  |<--lib/libdrivers$(LIBEXT)<--drivers/libdrivers$(LIBEXT)<--|
                 |  |  |  |<--lib/libbinfmt$(LIBEXT)<--binfmt/libbinfmt$(LIBEXT)<-----|
                 |  |  |                                                              |
                 |  |  ╰---------╮                                                    |
                 |  |            |                                                    |
                 |  ╰--------╮   |                                                    |
                 |           |   |                                                    |
                 |<--pass1<--╯   |                                                    |
                 |               |                                                    |
                 |<--pass2<------╯                                                    |
                                                                                      |
          ╭---------------------------------------------------------------------------╯
          |
          |           |<--check_context
          |           |
          |           |<--include/nuttx/config.h-|<--$(TOPDIR)/.config
          |           |                          |<--tools/mkconfig$(HOSTEXEEXT)
          |           |
          |           |<--include/nuttx/version.h-|<--$(TOPDIR)/.version
          |           |                           |<--tools/mkversion$(HOSTEXEEXT)
          |           |
          |<--context-|<--include/math.h<--include/nuttx/math.h
                      |<--include/float.h<--include/nuttx/float.h
                      |<--include/stdarg.h<--include/nuttx/stdarg.h
                      |
                      |            |<--include/arch<-Make.defs
                      |            |
                      |            |<--include/arch/board-|<--include/arch<--Make.defs
                      |            |                      |<--Make.defs
                      |            |
                      |<--dirlinks-|<--include/arch/chip-|<--include/arch<--Make.defs
                                   |                     |<--Make.defs
                                   |
                                   |<--$(ARCH_SRC)/board<--Make.defs
                                   |<--$(ARCH_SRC)/chip<--Make.defs
                                   |<--include/apps<--Make.defs

6  all 目标编译过程
6.1  context 目标

因为 all 目标是默认目标,所以执行无参数的 make 命令即为编译 all 目标,首先会尝试编译 context 目标,其中,根据 .config 文件生成 config.h,有许多 C 文件包含了 config.h,以获得用户配置。注意其中的2个目录软链接,下文会用到:

$(ARCH_SRC)/board:
    将 nuttx/configs/shenzhou/src 目录链接到 nuttx/arch/arm/src/board 目录。

$(ARCH_SRC)/chip:
    将 nuttx/arch/arm/src/stm32 目录链接到 nuttx/arch/arm/src/chip 目录。

但是因为在安装 buildroot 时已经执行过一次 make context,而且执行 make clean 也不会删除 context 目标所生成的文件,所以这一步没做任何事。

6.2  pass1dep 目标

    pass1dep: context tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)
            $(Q) for dir in $(USERDEPDIRS) ; do \
                    $(MAKE) -C $$dir TOPDIR="$(TOPDIR)" depend ; \
            done

平面构建是指将 NuttX 编译成单个二进制文件,构建的所有组件位于相同的地址空间,所有组件都可以访问所有其它组件。平面构建时 $(USERDEPDIRS) 为空,它也没做任何事。

6.3  $(USERLIBS) 目标

平面构建时 $(USERLIBS) 为空,它也没做任何事。这样整个 pass1deps 目标就完成了。

6.4  pass2dep 目标

    pass2dep: context tools/mkdeps$(HOSTEXEEXT)
            $(Q) for dir in $(KERNDEPDIRS) ; do \
                    $(MAKE) -C $$dir TOPDIR="$(TOPDIR)" EXTRADEFINES=$(KDEFINE) depend; \
            done

根据 $(KERNDEPDIRS) 变量的值,在各级子目录下生成 Make.dep 和 .depend文件。

nuttx 目录下生成 Make.dep 和 .depend 文件的子目录有:

    nuttx/arch/arm/src
    nuttx/binfmt
    nuttx/configs/shenzhou/src
    nuttx/drivers
    nuttx/fs
    nuttx/libc
    nuttx/libxx
    nuttx/mm
    nuttx/net
    nuttx/sched

6.5  $(NUTTXLIBS) 目标

接下来就编译 pass2deps 目标中的 $(NUTTXLIBS),这是一个多目标,根据配置的不同,具体的目标也不同。它的工作是生成多个静态库文件。这里生成了10个静态库文件:

    nuttx/lib/libapps.a
    nuttx/lib/libarch.a
    nuttx/lib/libbinfmt.a
    nuttx/lib/libc.a
    nuttx/lib/libcxx.a
    nuttx/lib/libdrivers.a
    nuttx/lib/libfs.a
    nuttx/lib/libmm.a
    nuttx/lib/libnet.a
    nuttx/lib/libsched.a

下面以 libarch.a 为例,考查静态库的编译过程。

    $(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT): context
            $(Q) $(MAKE) -C $(ARCH_SRC) TOPDIR="$(TOPDIR)" libarch$(LIBEXT)

其中: $(ARCH_SRC) = nuttx/arch/arm/src,$(LIBEXT) = .a。传递的不是变量名,而是变量中的值。第2行的意思是先切换到目录 nuttx/arch/arm/src,再执行 make 命令,传递参数 TOPDIR,编译目标 libarch.a,这里的 make 调用的是目录 nuttx/arch/arm/src 中的 Makefile,编译的是该 Makefile 中的目标。在 nuttx/arch/arm/src/Makefile 中先定义 BIN = libarch$(LIBEXT),然后:

    $(BIN) $(KBIN): $(OBJS)
            $(call ARCHIVE, $@, $(OBJS))

其中:OBJS = $(AOBJS) $(COBJS),而
AOBJS = $(ASRCS:.S=$(OBJEXT))
ASRCS = $(CHIP_ASRCS) $(CMN_ASRCS)

COBJS = $(CSRCS:.c=$(OBJEXT))
CSRCS = $(CHIP_CSRCS) $(CMN_CSRCS)

nuttx/arch/arm/src/Makefile 包含了 nuttx/arch/arm/src/chip/Make.defs,4个变量 CHIP_ASRCS、 CMN_ASRCS、 CHIP_CSRCS、 CMN_CSRCS 都是在 nuttx/arch/arm/src/chip/Make.defs 中定义的,多次赋值后的变量值如下:

CHIP_ASRCS = (空)

CMN_ASRCS = up_saveusercontext.S up_fullcontextrestore.S up_switchcontext.S vfork.S

CHIP_CSRCS = stm32_allocateheap.c stm32_start.c stm32_rcc.c stm32_lse.c stm32_lsi.c stm32_gpio.c stm32_exti_gpio.c stm32_flash.c stm32_irq.c stm32_timerisr.c stm32_dma.c stm32_lowputc.c stm32_serial.c stm32_spi.c stm32_sdio.c stm32_tim.c stm32_waste.c stm32_ccm.c stm32_i2c.c stm32_idle.c stm32_pmstop.c stm32_pmstandby.c stm32_pmsleep.c stm32_pminitialize.c stm32_eth.c stm32_pwr.c stm32_rtc.c

CMN_CSRCS = up_assert.c up_blocktask.c up_copyfullstate.c up_createstack.c up_mdelay.c up_udelay.c up_exit.c up_initialize.c up_initialstate.c up_interruptcontext.c up_memfault.c up_modifyreg8.c up_modifyreg16.c up_modifyreg32.c up_releasepending.c up_releasestack.c up_reprioritizertr.c up_schedulesigaction.c up_sigdeliver.c up_systemreset.c up_unblocktask.c up_usestack.c up_doirq.c up_hardfault.c up_svcall.c up_vfork.c

从这里可以查到哪些源文件被编译,哪些源文件没有被编译。

命令 $(call ARCHIVE, $@, $(OBJS)) 打包静态库 libarch.a。

现在回到nuttx/Makefile.unix:

    lib/libarch$(LIBEXT): $(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT)
            $(Q) install $(ARCH_SRC)/libarch$(LIBEXT) lib/libarch$(LIBEXT)

其中: install 是 Linux 命令,这里等同于复制,将 libarch.a 复制到 nuttx/lib 目录。

6.6  pass1 目标

    pass1: pass1deps
    ifeq ($(CONFIG_BUILD_2PASS),y)
            $(Q) if [ -z "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)" ]; then \
                    echo "ERROR: CONFIG_PASS1_BUILDIR not defined"; \
                    exit 1; \
            fi
            $(Q) if [ ! -d "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)" ]; then \
                    echo "ERROR: CONFIG_PASS1_BUILDIR does not exist"; \
                    exit 1; \
            fi
            $(Q) if [ ! -f "$(CONFIG_PASS1_BUILDIR)/Makefile" ]; then \
                    echo "ERROR: No Makefile in CONFIG_PASS1_BUILDIR"; \
                    exit 1; \
            fi
            $(Q) $(MAKE) -C $(CONFIG_PASS1_BUILDIR) TOPDIR="$(TOPDIR)" LINKLIBS="$(LINKLIBS)" USERLIBS="$(USERLIBS)" "$(CONFIG_PASS1_TARGET)"
    endif

平面构建时不做任何事。

6.7  pass2 目标

最后编译pass2

    pass2: pass2deps
            $(Q) $(MAKE) -C $(ARCH_SRC) TOPDIR="$(TOPDIR)" EXTRA_OBJS="$(EXTRA_OBJS)" LINKLIBS="$(LINKLIBS)" EXTRADEFINES=$(KDEFINE) $(BIN)
            $(Q) if [ -w /tftpboot ] ; then \
                    cp -f $(BIN) /tftpboot/$(BIN).${CONFIG_ARCH}; \
            fi
    ifeq ($(CONFIG_RRLOAD_BINARY),y)
            @echo "MK: $(BIN).rr"
            $(Q) $(TOPDIR)/tools/mkimage.sh --Prefix $(CROSSDEV) $(BIN) $(BIN).rr
            $(Q) if [ -w /tftpboot ] ; then \
                    cp -f $(BIN).rr /tftpboot/$(BIN).rr.$(CONFIG_ARCH); \
            fi
    endif
    ifeq ($(CONFIG_INTELHEX_BINARY),y)
            @echo "CP: $(BIN).hex"
            $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O ihex $(BIN) $(BIN).hex
    endif
    ifeq ($(CONFIG_MOTOROLA_SREC),y)
            @echo "CP: $(BIN).srec"
            $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O srec $(BIN) $(BIN).srec
    endif
    ifeq ($(CONFIG_RAW_BINARY),y)
            @echo "CP: $(BIN).bin"
            $(Q) $(OBJCOPY) $(OBJCOPYARGS) -O binary $(BIN) $(BIN).bin
    endif
            @echo "DUMP: $(BIN).out"
            $(Q) $(OBJDUMP) -x $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).out
            @echo "DUMP: $(BIN).S"
            $(Q) $(OBJDUMP) -d -j .text -j .init_section -j .ARM.exidx -j .data -j .bss $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).S
            cp -f $(BIN) $(BIN).hex $(BIN).bin $(HOME)

把静态库链接成 elf 格式的可执行文件,并转换成 .hex、 .bin 等其它格式的文件。最后5行是我加上去的,生成符号文件、反汇编文件,并把一些最终文件复制到 Linux 用户主目录。由《 NuttX 安装脚本》中的以下几行实现:

    if !(grep -q '    @echo "DUMP: $(BIN).out"' Makefile.unix); then
      sed -i '/pass2:/,/^$/{
        /^$/i\    @echo "DUMP: $(BIN).out"
        /^$/i\    $(Q) $(OBJDUMP) -x $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).out
        /^$/i\    @echo "DUMP: $(BIN).S"
        /^$/i\    $(Q) $(OBJDUMP) -d -j .text -j .init_section -j .ARM.exidx -j .data -j .bss $(BIN) > $(HOME)/$(BIN).S
        /^$/i\    cp -f $(BIN) $(BIN).hex $(BIN).bin $(HOME)
      }' Makefile.unix
    fi


7  nuttx/Make.defs 文件

nuttx/Make.defs 文件是 Makefile 片断,从 nuttx/config/<板卡>/<目标配置>/Make.defs 复制而来。由《 NuttX 安装脚本》中的以下几行实现:

    echo "nuttx配置"
    cd $BASEDIR/$TOPDIR/nuttx/tools
    ./configure.sh $TARGETCONFIG

该 Makefile 片断提供架构和工具特定的构建选项。它将在构建时被所有其它 Makefile 文件包含(一旦它被安装)。该 makefile 片断应定义:

        工具: CC、 LD、 AR、 NM、 OBJCOPY、 OBJDUMP
        工具选项: CFLAGS、 LDFLAGS

当该 Makefile 片断运行时,它将被传递构建根目录的路径 TOPDIR。该 Makefile 片断应包含:

    $(TOPDIR)/.config: Nuttx 配置
    $(TOPDIR)/tools/Config.mk: 一般定义

nuttx/Make.defs 文件中的定义可能依赖于 .config 文件中的一些设置。例如,如果 CONFIG_DEBUG=y, CFLAGS将最有可能不同。

tools/Config.mk 文件包含额外的定义,这些定义可能在必要时被架构特定的 Make.defs 文件覆盖:
    COMPILE、 ASSEMBLE、 ARCHIVE、 CLEAN 和 MKDEP 宏  

原文链接:https://blog.csdn.net/zhumaill/article/details/24400441
                

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