NuttX 编译系统

（嵌入式实时操作系统 rtos nuttx 7.1 makefile）

NuttX 编译系统

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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).Scp -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: $(BIN).out"' Makefile.unix); thensed -i '/pass2:/,/^$/{/^$/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