Linux平台Makefile文件的编写基础篇

目的：
       基本掌握了 make 的用法，能在Linux系统上编程。
环境：
       Linux系统，或者有一台Linux服务器，通过终端连接。一句话：有Linux编译环境。
准备：
       准备三个文件：file1.c, file2.c, file2.h
       file1.c:
              #include <stdio.h>
              #include "file2.h"
              int main()
              {
                     printf("print file1$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ ");
                     File2Print();
                     return 0;
              }

       file2.h:

              #ifndef FILE2_H_
              #define    FILE2_H_

                      #ifdef __cplusplus

                            extern "C" {

                     #endif

                     void File2Print();

                     #ifdef __cplusplus

                            }

                     #endif

              #endif

       file2.c:
              #include "file2.h"
              void File2Print()
              {
                     printf("Print file2********************** ");
              }

基础：
       先来个例子：
       有这么个Makefile文件。（文件和Makefile在同一目录）
       === makefile 开始 ===
              helloworld:file1.o file2.o
                     gcc file1.o file2.o -o helloworld

              file1.o:file1.c file2.h
                     gcc -c file1.c -o file1.o

               file2.o:file2.c file2.h

                     gcc -c file2.c -o file2.o

              clean:

                     rm -rf *.o helloworld

       === makefile 结束 ===

一个 makefile 主要含有一系列的规则，如下：
A: B
(tab)<command>
(tab)<command>

每个命令行前都必须有tab符号。

 

上面的makefile文件目的就是要编译一个helloworld的可执行文件。让我们一句一句来解释：

       helloworld : file1.o file2.o：                 helloworld依赖file1.o file2.o两个目标文件。

       gcc File1.o File2.o -o helloworld：      编译出helloworld可执行文件。-o表示你指定 的目标文件名。

      

       file1.o : file1.c：    file1.o依赖file1.c文件。

       gcc -c file1.c -o file1.o：                  编译出file1.o文件。-c表示gcc 只把给它的文件编译成目标文件， 用源码文件的文件名命名但把其后缀由“.c”或“.cc”变成“.o”。在这句中，可以省略-o file1.o，编译器默认生成file1.o文件，这就是-c的作用。

 

              file2.o : file2.c file2.h
              gcc -c file2.c -o file2.o

这两句和上两句相同。

 

       clean:

              rm -rf *.o helloworld

当用户键入make clean命令时，会删除*.o 和helloworld文件。

 

如果要编译cpp文件，只要把gcc改成g++就行了。

写好Makefile文件，在命令行中直接键入make命令，就会执行Makefile中的内容了。

 

到这步我想你能编一个Helloworld程序了。

 

上一层楼：使用变量

       上面提到一句，如果要编译cpp文件，只要把gcc改成g++就行了。但如果Makefile中有很多gcc，那不就很麻烦了。

       第二个例子：

       === makefile 开始 ===
              OBJS = file1.o file2.o
              CC = gcc
              CFLAGS = -Wall -O -g

              helloworld : $(OBJS)
                     $(CC) $(OBJS) -o helloworld

              file1.o : file1.c file2.h
                     $(CC) $(CFLAGS) -c file1.c -o file1.o

              file2.o : file2.c file2.h
                     $(CC) $(CFLAGS) -c file2.c -o file2.o

 

              clean:

                     rm -rf *.o helloworld
=== makefile 结束 ===

 

       这里我们应用到了变量。要设定一个变量，你只要在一行的开始写下这个变量的名字，后 面跟一个 = 号，后面跟你要设定的这个变量的值。以后你要引用 这个变量，写一个 $ 符号，后面是围在括号里的变量名。

 

CFLAGS = -Wall -O –g，解释一下。这是配置编译器设置，并把它赋值给CFFLAGS变量。

-Wall：          输出所有的警告信息。

-O：              在编译时进行优化。

-g：               表示编译debug版本。

 

       这样写的Makefile文件比较简单，但很容易就会发现缺点，那就是要列出所有的c文件。如果你添加一个c文件，那就需要修改Makefile文件，这在项目开发中还是比较麻烦的。

 

 

再上一层楼：使用函数

       学到这里，你也许会说，这就好像编程序吗？有变量，也有函数。其实这就是编程序，只不过用的语言不同而已。

       第三个例子：

       === makefile 开始 ===
              CC = gcc

              XX = g++
              CFLAGS = -Wall -O –g

              TARGET = ./helloworld

              %.o: %.c

                     $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

              %.o:%.cpp

                     $(XX) $(CFLAGS) -c $< -o $@

 

              SOURCES = $(wildcard *.c *.cpp)
              OBJS = $(patsubst %.c,%.o,$(patsubst %.cpp,%.o,$(SOURCES)))

              $(TARGET) : $(OBJS)
                     $(XX) $(OBJS) -o $(TARGET)

                     chmod a+x $(TARGET)

clean:

       rm -rf *.o helloworld
=== makefile 结束 ===

函数1：wildcard

       产生一个所有以 '.c' 结尾的文件的列表。

       SOURCES = $(wildcard *.c *.cpp)表示产生一个所有以 .c，.cpp结尾的文件的列表，然后存入变量 SOURCES 里。

 

函数2：patsubst

       匹配替换，有三个参数。第一个是一个需要匹配的式样，第二个表示用什么来替换它，第三个是一个需要被处理的由空格分隔的列表。

OBJS = $(patsubst %.c,%.o,$(patsubst %.cc,%.o,$(SOURCES)))表示把文件列表中所有的.c,.cpp字符变成.o，形成一个新的文件列表，然后存入OBJS变量中。

 

%.o: %.c

       $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

%.o:%.cpp

       $(XX) $(CFLAGS) -c $< -o $@

       这几句命令表示把所有的.c,.cpp编译成.o文件。

       这里有三个比较有用的内部变量。$@ 扩展成当前规则的目的文件名， $< 扩展成依靠       列表中的第一个依靠文件，而 $^ 扩展成整个依靠的列表（除掉了里面所有重 复的文件名）。

 

       chmod a+x $(TARGET)表示把helloworld强制变成可执行文件。

makefile的选项CFLAGS、CPPFLAGS、LDFLAGS和LIBS的区别

LDFLAGS是选项，LIBS是要链接的库。都是喂给ld的，只不过一个是告诉ld怎么吃，一个是告诉ld要吃什么。

网上不难搜索到上面这段话。不过“告诉ld怎么吃”是什么意思呢？

看看如下选项：

LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib

LIBS = -lmysqlclient -liconv

这就明白了。LDFLAGS告诉链接器从哪里寻找库文件，LIBS告诉链接器要链接哪些库文件。不过使用时链接阶段这两个参数都会加上，所以你即使将这两个的值互换，也没有问题。

说到这里，进一步说说LDFLAGS指定-L虽然能让链接器找到库进行链接，但是运行时链接器却找不到这个库，如果要让软件运行时库文件的路径也得到扩展，那么我们需要增加这两个库给"-Wl,R"

LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib -Wl,R/var/xxx/lib -Wl,R/opt/mysql/lib

如 果在执行./configure以前设置环境变量export LDFLAGS="-L/var/xxx/lib -L/opt/mysql/lib -Wl,R/var/xxx/lib -Wl,R/opt/mysql/lib" ，注意设置环境变量等号两边不可以有空格，而且要加上引号哦（shell的用法）。那么执行configure以后，Makefile将会设置这个选项， 链接时会有这个参数，编译出来的可执行程序的库文件搜索路径就得到扩展了。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PS：-Wl,R在GraphicsMagick环境下，用为-R, 也就是LDFLAGS = -L/var/xxx/lib -R/var/xxx/lib

CFLAGS 或 CPPFLAGS的用法

CPPFLAGS='-I/usr/local/libjpeg/include -I/usr/local/libpng/include'

arm-linux-ld命令 ld链接脚本

我们对每个c或者汇编文件进行单独编译，但是不去连接，生成很多.o 的文件，这些.o文件首先是分散的，我们首先要考虑的如何组合起来；其次，这些.o文件存在相互调用的关系；再者，我们最后生成的bin文件是要在硬件中运行的，每一部分放在什么地址都要有仔细的说明。我觉得在写makefile的时候，最为重要的就是ld的理解，下面说说我的经验：

 

首先，要确定我们的程序用没有用到标准的c库，或者一些系统的库文件，这些一般是在操作系统之上开发要注意的问题，这里并不多说，熟悉在Linux编程的人，基本上都会用ld命令；这里，我们从头开始,直接进行汇编语言的连接。

 

我们写一个汇编程序，控制GPIO，从而控制外接的LED，代码如下;

.text

.global _start

_start:

    LDR R0,=0x56000010 @GPBCON寄存器
   
    MOV R1,# 0x00000400
    str R1,[R0]
   
    LDR R0,=0x56000014
    MOV R1,#0x00000000
   
    STR R1,[R0]
   
    MAIN_LOOP:
            B MAIN_LOOP

    代码很简单，就是一个对io口进行设置然后写数据。我们看它是如何编译的，注意我们这里使用的不是arm-linux-gcc而是arm-elf-gcc，二者之间没有什么比较大的区别，arm-linux-gcc可能包含更多的库文件，在命令行的编译上面是没有区别。我们来看是如何编译的：

       arm-elf-gcc -g -c -o led_On.o led_On.s 首先纯编译不连接

       arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf

       用Ttext指明我们程序存储的地方，这里生成的是elf文件，还不是我们真正的bin，但是可以借助一些工具可以进行调试。然后：

       arm-elf-objcopy -O binary -S led_on_elf led_on.bin  

生成bin文件。

 

-T选项是ld命令中比较重要的一个选项，可以用它直接指明代码的代码段、数据段、bss段，对于复杂的连接，可以专门写一个脚本来告诉编译器如何连接。

    -Ttext   addr

    -Tdata   addr

    -Tbss    addr

arm-elf-ld -Ttext 0x00000000 -g led_On.o -o led_on_elf ，运行地址为0x00000000，由于没有指明数据段和bss，他们会默认的依次放在后面。相同的代码不同的Ttext，你可以对比一下他们之间会变的差异，ld会自动调整跳转的地址。

 

 

     第二个概念：section，section可以理解成→块，例如像c里面的一个子函数，就是一个section，链接器ld把object文件中的每个section都作为一个整体，为其分配运行的地址(memory layout)，这个过程就是重定位(relocation)；最后把所有目标文件合并为一个目标文件。

 

     链接通过一个linker script来控制，这个脚本描述了输入文件的sections→输出文件的映射，以及输出文件的memory layout。

    因此，linker总会使用一个linker script，如果不特别指定，则使用默认的script；可以使用‘-T’命令行选项来指定一个linker script。

   ＊映像文件的输入段与输出段

    linker把多个输入文件合并为一个输出文件。输出文件和输入文件都是目标文件(object file)，输出文件通常被称为可执行文件(executable)。

    每个目标文件都有一系列section，输入文件的section称为input section，输出文件的section则称为output section。

     一个section可以是loadable的，即输出文件运行时需要将这样的section加载到memory(类似于RO&RW段)；也可以是 allocatable的，这样的section没有任何内容，某些时候用0对相应的memory区域进行初始化(类似于ZI段)；如果一个 section既非loadable也非allocatable，则它通常包含的是调试信息。

    每个loadable或 allocatable的output section都有两个地址，一是VMA(virtual memory address)，是该section的运行时域地址；二是LMA(load memory address)，是该section的加载时域地址。

   可以通过objdump工具附加'-h'选项来查看目标文件中的sections。

 

＊简单的Linker script

(1) SECTIONS命令：

The SECTIONS command tells the linker how to map input sections into output sections, and how to place the output sections in memory.

命令格式如下：

SECTIONS

{

sections-command

sections-command

......

}

其中sections-command可以是ENTRY命令，符号赋值，输出段描述，也可以是overlay描述。

(2) 地址计数器‘.’(location counter)：

该符号只能用于SECTIONS命令内部，初始值为‘0’，可以对该符号进行赋值，也可以使用该符号进行计算或赋值给其他符号。它会自动根据SECTIONS命令内部所描述的输出段的大小来计算当前的地址。

(3) 输出段描述(output section description)：

前面提到在SECTIONS命令中可以作输出段描述，描述的格式如下：

section [address] [(type)] : [AT(lma)]

{

output-section-command

output-section-command

...

} [>region] [AT>lma_region] [:phdr :phdr ...] [=fillexp]

很多附加选项是用不到的。其中的output-section-command又可以是符号赋值，输入段描述，要直接包含的数据值，或者某一特定的输出段关键字。

＊linker script 实例

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

OUTPUT_ARCH(arm)

ENTRY(_start)

SECTIONS {

    . = 0xa3f00000;

    __boot_start = .;

    .start ALIGN(4) : {

        *(.text.start)

    }

    .setup ALIGN(4) : {

        setup_block = .;

        *(.setup)

        setup_block_end = .;

    }

    .text ALIGN(4) : {

        *(.text)

    }

    .rodata ALIGN(4) : {

        *(.rodata)

    }

    .data ALIGN(4) : {

        *(.data)

    }

    .got ALIGN(4) : {

        *(.got)

    }

    __boot_end = .;

    .bss ALIGN(16) : {

        bss_start = .;

        *(.bss)

        *(COMMON)

        bss_end = .;

    }

    .comment ALIGN(16) : {

        *(.comment)

    }

    stack_point = __boot_start + 0x00100000;

    loader_size = __boot_end - __boot_start;

    setup_size = setup_block_end - setup_block;

}

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

在SECTIONS命令中的类似于下面的描述结构就是输出段描述：

.start ALIGN(4) : {

    *(.text.start)

}

.start 为output section name，ALIGN(4)返回一个基于location counter(.)的4字节对齐的地址值。*(.text.start)是输入段描述，*为通配符，意思是把所有被链接的object文件中的.text.start段都链接进这个名为.start的输出段。

源文件中所标识的section及其属性实际上就是对输入段的描述，例如.text.start输入段在源文件start.S中的代码如下：

.section .text.start

.global _start

_start :

    b start

arm-elf-ld -Ttimer.lds -o timer_elf header .o

这里就必须存在一个timer.lds的文件。

对于.lds文件，它定义了整个程序编译之后的连接过程，决定了一个可执行程序的各个段的存储位置。虽然现在我还没怎么用它，但感觉还是挺重要的，有必要了解一下。

先看一下GNU官方网站上对.lds文件形式的完整描述：

SECTIONS {
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
{ contents } >region :phdr =fill
...
}

secname和contents是必须的，其他的都是可选的。下面挑几个常用的看看：

1、secname：段名

2、contents：决定哪些内容放在本段，可以是整个目标文件，也可以是目标文件中的某段（代码段、数据段等）

3、start：本段连接（运行）的地址，如果没有使用AT（ldadr），本段存储的地址也是start。GNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。

4、AT（ldadr）：定义本段存储（加载）的地址。

SECTIONS {
firtst 0x00000000 : { head.o init.o }
second 0x30000000 : AT(4096) { main.o }
}

    以上，head.o放在0x00000000地址开始处，init.o放在head.o后面，他们的运行地址也是0x00000000，即连接和存储地址相同（没有AT指定）；

     main.o放在4096（0x1000，是AT指定的，存储地址）开始处，但是它的运行地址在0x30000000，运行之前需要从0x1000（加载处）复制到0x30000000（运行处），此过程也就用到了读取Nand flash。

     这就是存储地址和连接（运行）地址的不同，称为加载时域和运行时域，可以在.lds连接脚本文件中分别指定。

编写好的.lds文件，在用arm-linux-ld连接命令时带-Tfilename来调用执行，如
arm-linux-ld –Tnand.lds x.o y.o –o xy.o。也用-Ttext参数直接指定连接地址，如
arm-linux-ld –Ttext 0x30000000 x.o y.o –o xy.o。

 

**************************************************************************************************

    既然程序有了两种地址，就涉及到一些跳转指令的区别，这里正好写下来，以后万一忘记了也可查看，以前不少东西没记下来现在忘得差不多了。

      ARM汇编中，常有两种跳转方法：b跳转指令(位置无关指令)、ldr指令(位置相关指令) 向PC赋值。

 

我自己经过归纳如下：

     b step1 ：b跳转指令是相对跳转，依赖当前PC的值，偏移量是通过该指令本身的bit[23:0]算出来的，这使得使用b指令的程序不依赖于要跳到的代码的位置，只看指令本身。

 

     ldr pc, =step1 ：该指令是从内存中的某个位置（step1）读出数据并赋给PC，同样依赖当前PC的值，但是偏移量是那个位置（step1）的连接地址（运行时的地址），所以可以用它实现从Flash到RAM的程序跳转。

 

    此外，有必要回味一下adr伪指令，U-boot中那段relocate代码就是通过adr实现当前程序是在RAM中还是flash中。仍然用我当时的注释

adr r0, _start

ldr r1, _TEXT_BASE

    cmp r0, r1

   下面，结合u-boot.lds看看一个正式的连接脚本文件。这个文件的基本功能还能看明白，虽然上面分析了好多，但其中那些GNU风格的符号还是着实让我感到迷惑。

OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm", "elf32­littlearm", "elf32­littlearm")
;指定输出可执行文件是elf格式,32位ARM指令,小端
OUTPUT_ARCH(arm)
;指定输出可执行文件的平台为ARM
ENTRY(_start)
;指定输出可执行文件的起始代码段为_start.
SECTIONS
{
        . = 0x00000000 ; 从0x0位置开始
        . = ALIGN(4) ; 代码以4字节对齐
        .text : ;指定代码段
        {
          cpu/arm920t/start.o (.text) ; 代码的第一个代码部分
          *(.text) ;其它代码部分
        }
        . = ALIGN(4)
        .rodata : { *(.rodata) } ;指定只读数据段
        . = ALIGN(4);
        .data : { *(.data) } ;指定读/写数据段
        . = ALIGN(4);
        .got : { *(.got) } ;指定got段, got段式是uboot自定义的一个段, 非标准段
        __u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置
        .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在该段.
        __u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置
        . = ALIGN(4);
        __bss_start = .; 把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置
        .bss : { *(.bss) }; 指定bss段
        _end = .; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置

转自御剑踏浪

arm-linux-gcc和arm-linux-ld、arm-linux-objcopy之间的关系

arm-linux-ld 是连接器，它把一些目标和归档文件结合在一起，重定位数据，并连接符号引用。通常，建立一个新编译程序的最后一步就是调用ld。

arm-linux-gcc -wall -O2 -c -o $@ $<
-o 只激活预处理,编译,和汇编,也就是他只把程序做成obj文件 
-Wall 指定产生全部的警告信息 
-O2 编译器对程序提供的编译优化选项，在编译的时候使用该选项，可以使生成的执行文件的执行效率提高 
-c 表示只要求编译器进行编译，而不要进行链接，生成以源文件的文件名命名但把其后缀由 .c 或 .cc 变成 .o 的目标文件 
-S 只激活预处理和编译，就是指把文件编译成为汇编代码
arm-linux-ld 直接指定代码段,数据段,BSS段的起始地址
-Tbss ADDRESS Set address of .bss section

-Tdata ADDRESS Set address of .data section

-Ttext ADDRESS Set address of .text section
示例:
${CROSS}ld -Ttext=0x33000000 led.o -o led.elf
使用连接脚本设置地址:
arm-linux-ld -Tbeep.lds start.o beep.o -o beep.elf
其中beep.lds 为连接脚本如下：
arm-linux-objcopy被用来复制一个目标文件的内容到另一个文件中,可用于不同源文件的之间的格式转换
示例:
arm-linux-objcopy –o binary –S elf_file bin_file
常用的选项:
input-file , outflie
输入和输出文件,如果没有outfile,则输出文件名为输入文件名
2.-l bfdname或—input-target=bfdname
用来指明源文件的格式,bfdname是BFD库中描述的标准格式名,如果没指明,则arm-linux-objcopy自己分析
3.-O bfdname 输出的格式
4.-F bfdname 同时指明源文件,目的文件的格式
5.-R sectionname 从输出文件中删除掉所有名为sectionname的段
6.-S 不从源文件中复制重定位信息和符号信息到目标文件中
7.-g 不从源文件中复制调试符号到目标文件中
arm-linux-objdump
查看目标文件（.o文件）和库文件(.a文件）信息
arm-linux-objdump -D -m arm beep.elf > beep.dis
-D 显示文件中所有汇编信息
-m machine

指定反汇编目标文件时使用的架构，当待反汇编文件本身没有描述架构信息的时候(比如S-records)，这个选项很有用。可以用-i选项列出这里能够指定的架构.
[guowenxue@localhost asm_c_buzzer]$ cat beep.lds 
/***********************************************************************
* File: beep.lds
* Version: 1.0.0
* Copyright: 2011 (c) Guo Wenxue <guowenxue@gmail.com>
* Description: Cross tool link text, refer to u-boot.lds
* ChangeLog: 1, Release initial version on "Mon Mar 21 21:09:52 CST 2011"
*
**********************************************************************/
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS{
. = 0x33000000;
.text : {

*(.text)
*(.rodata)
}

.data ALIGN(4): {

*(.data)

}
.bss ALIGN(4): {

*(.bss)

}

}

[guowenxue@localhost asm_c_buzzer]$ cat makefile 

# ***********************************************************************

# * File: makefile

# * Version: 1.0.0

# * Copyright: 2011 (c) Guo Wenxue <guowenxue@gmail.com>

# * Description: Makefile used to cross compile the ASM and C source code

# * ChangeLog: 1, Release initial version on "Mon Mar 21 21:09:52 CST 2011"

# *
# ***********************************************************************
CROSS = /opt/buildroot-2011.02/arm920t/usr/bin/arm-linux-
CFLAGS = 
beep.bin: start.S beep.c
arm-linux-gcc $(CFLAGS) -c -o start.o start.S

arm-linux-gcc $(CFLAGS) -c -o beep.o beep.c

arm-linux-ld -Tbeep.lds start.o beep.o -o beep.elf

arm-linux-objcopy -O binary -S beep.elf beep.bin

rm -f *.elf *.o
install:
cp beep.bin ~/winxp -f --reply=yes
clean:
rm -f *.elf *.o
rm -f beep.bin