「正点原子Linux连载」第三十四章U-Boot图形化配置及其原理

1）实验平台：正点原子Linux开发板
2）摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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在前两章中我们知道uboot可以通过mx6ull_alientek_emmc_defconfig来配置，或者通过文件mx6ull_alientek_emmc.h来配置uboot。还有另外一种配置uboot的方法，就是图形化配置，以前的uboot是不支持图形化配置，只有Linux内核才支持图像化配置。不过不知道从什么时候开始，uboot也支持图形化配置了，本章我们就来学习一下如何通过图形化配置uboot，并且学习一下图形化配置的原理，因为后面学习Linux驱动开发的时候可能要修改图形配置文件。

34.1 U-Boot图形化配置体验uboot或Linux内核可以通过输入"makemenuconfig"来打开图形化配置界面，menuconfig是一套图形化的配置工具，需要ncurses库支持。ncurses库提供了一系列的API函数供调用者生成基于文本的图形界面，因此需要先在Ubuntu中安装ncurses库，命令如下：
sudo apt-get install build-essential
sudo apt-get install libncurses5
sudo apt-get install libncurses5-dev
menuconfig重点会用到两个文件：.config和Kconfig，.config文件前面已经说了，这个文件保存着uboot的配置项，使用menuconfig配置完uboot以后肯定要更新.config文件。Kconfig文件是图形界面的描述文件，也就是描述界面应该有什么内容，很多目录下都会有Kconfig文件。
在打开图形化配置界面之前，要先使用"makexxx_defconfig"对uboot进行一次默认配置，只需要一次即可。如果使用"makeclean"清理了工程的话就那就需要重新使用"makexxx_defconfig"再对uboot进行一次配置。进入uboot根目录，输入如下命令：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_alientek_emmc_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
如果已经在uboot的顶层Makefile中定义了ARCH和CROSS_COMPILE的值，那么上述命令可以简化为：
makemx6ull_alientek_emmc_defconfig
makemenuconfig
打开后的图形化界面如图34.1.1所示：


图34.1.1 uboot图形化配置界面
图34.1.1就是主界面，主界面上方的英文就是简单的操作说明，操作方法如下：
通过键盘上的"↑"和"↓"键来选择要配置的菜单，按下"Enter"键进入子菜单。菜单中高亮的字母就是此菜单的热键，在键盘上按下此高亮字母对应的键可以快速选中对应的菜单。选中子菜单以后按下"Y"键就会将相应的代码编译进Uboot中，菜单前面变为"< * >"。按下"N"键不编译相应的代码，按下"M"键就会将相应的代码编译为模块，菜单前面变为"< M >"。按两下"Esc"键退出，也就是返回到上一级，按下"?"键查看此菜单的帮助信息，按下"/"键打开搜索框，可以在搜索框输入要搜索的内容。
在配置界面下方会有五个按钮，这五个按钮的功能如下：
：选中按钮，和"Enter"键的功能相同，负责选中并进入某个菜单。
：退出按钮，和按两下"Esc"键功能相同，退出当前菜单，返回到上一级。
：帮助按钮，查看选中菜单的帮助信息。
：保存按钮，保存修改后的配置文件。
：加载按钮，加载指定的配置文件。
在图34.1.1中共有13个配置主配置项，通过键盘上的上下键调节配置项。后面跟着"--->"表示此配置项是有子配置项的，按下回车键就可以进入子配置项。
我们就以如何使能dns命令为例，讲解一下如何通过图形化界面来配置uboot。进入"Command line interface --->"这个配置项，此配置项用于配置uboot的命令，进入以后如图34.1.2所示：


图34.1.2 Command line interface配置项
从图34.1.2可以看出，有很多配置项，这些配置项也有子配置项，选择"Network commands --->"，进入网络相关命令配置项，如图34.1.3所示：


图34.1.3 Network commands配置项
从图34.1.3可以看出，uboot中有很多和网络有关的命令，比如bootp、tftpboot、dhcp等等。选中dns，然后按下键盘上的"Y"键，此时dns前面的"[ ]"变成了"[ * ]"，如图34.1.4所示：


图34.1.4 选中dns命令
每个选项有3种编译选项：编译进uboot中(也就是编译进u-boot.bin中)、取消编译(也就是不编译这个功能模块)、编译为模块。按下"Y"键表示编译进uboot中，此时"[ ]"变成了"[ * ]"；按下"N"表示不编译，"[ ]"默认表示不编译；有些功能模块是支持编译为模块的，这个一般在Linux内核里面很常用，uboot下面不使用，如果要将某个功能编译为模块，那就按下"M"，此时"[ ]"就会变为"< M >"。
细心的朋友应该会发现，在mx6ull_alientek_emmc.h里面我们配置使能了dhcp和ping命令，但是在图34.1.3中dhcp和ping前面的"[ ]"并不是"[ * ]"，也就是说不编译dhcp和ping命令，这不是冲突了吗？实际情况是dhcp和ping命令是会编译的。之所以在图34.1.3中没有体现出来时因为我们是直接在mx6ull_alientek_emmc.h中定义的宏CONFIG_CMD_PING和CONFIG_CMD_DHCP，而menuconfig是通过读取.config文件来判断使能了哪些功能，.config里面并没有宏CONFIG_CMD_PING和CONFIG_CMD_DHCP，所以menuconfig就会识别出错。
选中dns，然后按下"H"或者"?"键可以打开dns命令的提示信息，如图34.1.5所示：


图34.1.5 dns命令提示信息
按两下ESC键即可退出提示界面，相当于返回上一层。选择dns命令以后，按两下ESC键（按两下ESC键相当于返回上一层），退出当前配置项，进入到上一层配置项。如果没有要修改的就按两下ESC键，退出到主配界面，如果也没有其他要修改的，那就再次按两下ESC键退出menuconfig配置界面。如果修改过配置的话，在退出主界面的时候会有如图34.1.6所示提示：


图34.1.6 是否保存新的配置文件对话框
图34.1.6询问是否保存新的配置文件，通过键盘的←或→键来选择"Yes"项，然后按下键盘上的回车键确认保存。至此，我们就完成了通过图形界面使能了uboot的dns命令，打开.config文件，会发现多了"CONFIG_CMD_DNS=y"这一行，如图34.1.7中的323行所示：


图34.1.7 .config文件
使用如下命令编译uboot：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16
千万不能使用如下命令：
./mx6ull_alientek_emmc.sh
因为mx6ull_alientek_emmc.sh在编译之前会清理工程，会删除掉.config文件！通过图形化界面配置所有配置项都会被删除，结果就是竹篮打水一场空。
编译完成以后烧写到SD卡中，重启开发板进入uboot命令模式，输入"?"查看是否有"dns"命令，一般肯定有的。测试一下dns命令工作是否正常，使用dns命令来查看一下百度官网"www.baidu.com"的IP地址。要先设置一下dns服务器的IP地址，也就是设置环境变量dnsip的值，命令如下：
setenv dnsip 114.114.114.114
saveenv
设置好以后就可以使用dns命令查看百度官网的IP地址了，输入命令：
dns www.baidu.com
结果如图34.1.8所示：


图34.1.78dns命令
从图34.1.7可以看出，"www.baidu.com"地址为14.215.177.38，说明dns命令工作正常。这个就是通过图形化命令来配置uboot，一般用来使能一些命令还是很方便的，这样就不需要到处找命令的配置宏是什么，然后在到配置文件里面去定义。
34.2 menuconfig图形化配置原理34.2.1 makemenuconfig过程分析当输入makemenuconfig以后会匹配到顶层Makefile的如下代码：
示例代码34.2.1.1 顶层Makefile代码段
489%config: scripts_basic outputmakefile FORCE
490 $(Q)$(MAKE) $(build)=scripts/kconfig $@
这个在31.3.13小节已经详细的讲解过了，其中build=-f ./scripts/Makefile.build obj，将490行的规则展开就是：
@make -f ./scripts/Makefile.build obj=scripts/kconfig menuconfig
Makefile.build会读取scripts/kconfig/Makefile中的内容，在scripts/kconfig/Makefile中可以找到如下代码：
示例代码34.2.1.2 scripts/kconfig/Makefile代码段
36 menuconfig: $(obj)/mconf
37 $< $(silent) $(Kconfig)
其中obj= scripts/kconfig，silent是设置静默编译的，在这里可以忽略不计，Kconfig=Kconfig，因此扩展以后就是：
menuconfig: scripts/kconfig/mconf
scripts/kconfig/mconf Kconfig
目标menuconfig依赖scripts/kconfig/mconf，因此scripts/kconfig/mconf.c这个文件会被编译，生成mconf这个可执行文件。目标menuconfig对应的规则为scripts/kconfig/mconf Kconfig，也就是说mconf会调用uboot根目录下的Kconfig文件开始构建图形配置界面。
34.2.2 Kconfig语法简介上一小节我们已经知道了scripts/kconfig/mconf会调用uboot根目录下的Kconfig文件开始构建图形化配置界面，接下来简单学习一下Kconfig的语法。因为后面学习Linux驱动开发的时候可能会涉及到修改Kconfig，对于Kconfig语法我们不需要太深入的去研究，关于Kconfig的详细语法介绍，可以参考linux内核源码(不知为何uboot源码中没有这个文件)中的文件Documentation/kbuild/kconfig-language.txt，本节我们大概了解其原理即可。打开uboot根目录下的Kconfig，这个Kconfig文件就是顶层Kconfig，我们就以这个文件为例来简单学习一下Kconfig语法。
1、mainmenu
故名思议mainmenu就是主菜单，也就是输入"makemenuconfig"以后打开的默认界面，在顶层Kconfig中有如下代码：
示例代码34.2.2.1 顶层Kconfig代码段
5 mainmenu "U-Boot $UBOOTVERSION Configuration"
上述代码就是定义了一个名为"U-Boot $UBOOTVERSION Configuration"的主菜单，其中UBOOTVERSION=2016.03，因此主菜单名为"U-Boot 2016.03 Configuration"，如图34.2.2.1所示：


图34.2.2.1 主菜单名字
2、调用其他目录下的Kconfig文件
和makefile一样，Kconfig也可以调用其他子目录中的Kconfig文件，调用方法如下：
source "xxx/Kconfig" //xxx为具体的目录名，相对路径
在顶层Kconfig中有如下代码：
示例代码34.2.2.2 顶层Kconfig代码段
12 source "arch/Kconfig"
......
225
226 source "common/Kconfig"
227
228 source "cmd/Kconfig"
229
230 source "dts/Kconfig"
231
232 source "net/Kconfig"
233
234 source "drivers/Kconfig"
235
236 source "fs/Kconfig"
237
238 source "lib/Kconfig"
239
240 source "test/Kconfig"
从示例代码34.2.2.2中可以看出，顶层Kconfig文件调用了很多其他子目录下的Kcofig文件，这些子目录下的Kconfig文件在主菜单中生成各自的菜单项。
3、menu/endmenu条目
menu用于生成菜单，endmenu就是菜单结束标志，这两个一般是成对出现的。在顶层Kconfig中有如下代码：
示例代码34.2.2.3 顶层Kconfig代码段
14 menu "General setup"
15
16 config LOCALVERSION
17 string "Local version - append to U-Boot release"
18 help
19 Append an extra string to the end of your U-Boot version.
20 This will show up on your boot log,for example.
21 The string you set here will be appended after the contents of
22 any files with a filename matching localversion* in your
23 object and source tree, in that order. Your total string can
24 be a maximum of 64 characters.
25
......
100 endmenu # General setup
101
102 menu "Boot images"
103
104 config SUPPORT_SPL
105bool
106
......
224 endmenu # Boot images
示例代码34.2.2.3中有两个menu/endmenu代码块，这两个代码块就是两个子菜单，第14行的"menu "General setup""表示子菜单"General setup"。第102行的"menu "Boot images""表示子菜单"Boot images"。体现在主菜单界面中就如图34.2.2.2所示：


图34.2.2.2 子菜单
在"General setup"菜单上面还有"Architecture select (ARM architecture)"和"ARM architecture"这两个子菜单，但是在顶层Kconfig中并没有看到这两个子菜单对应的menu/endmenu代码块，那这两个子菜单是怎么来的呢？这两个子菜单就是arch/Kconfig文件生成的。包括主界面中的"Boot timing"、"Console recording"等等这些子菜单，都是分别由顶层Kconfig所调用的common/Kconfig、cmd/Kconfig等这些子Kconfig文件来创建的。
3、config条目
顶层Kconfig中的"General setup"子菜单内容如下：
示例代码34.2.2.4 顶层Kconfig代码段
14 menu "General setup"
15
16 config LOCALVERSION
17 string "Local version - append to U-Boot release"
18 help
19 Append an extra string to the end of your U-Boot version.
20 This will show up on your boot log,for example.
21 The string you set here will be appended after the contents of
22 any files with a filename matching localversion* in your
23 object and source tree, in that order. Your total string can
24 be a maximum of 64 characters.
25
26 config LOCALVERSION_AUTO
27bool"Automatically append version information to the version string"
28default y
29 help
......
45
46 config CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE
47bool"Optimize for size"
48default y
49 help
......
54
55 config SYS_MALLOC_F
56bool"Enable malloc() pool before relocation"
57default y if DM
58 help
......
63
64 config SYS_MALLOC_F_LEN
65 hex "Size of malloc() pool before relocation"
66 depends on SYS_MALLOC_F
67default0x400
68 help
......
73
74 menuconfig EXPERT
75bool"Configure standard U-Boot features (expert users)"
76default y
77 help
......
82
83if EXPERT
84 config SYS_MALLOC_CLEAR_ON_INIT
85bool"Init with zeros the memory reserved for malloc (slow)"
86default y
87 help
......
99 endif
100 endmenu # General setup
可以看出，在menu/endmenu代码块中有大量的"config xxxx"的代码块，也就是config条目。config条目就是"General setup"菜单的具体配置项，如图34.2.2.3所示：


图34.2.2.3 General setup配置项
"config LOCALVERSION"对应着第一个配置项，"config LOCALVERSION_AUTO"对应着第二个配置项，以此类推。我们以"config LOCALVERSION"和"config LOCALVERSION_AUTO"这两个为例来分析一下config配置项的语法：
示例代码34.2.2.5 顶层Kconfig代码段
16 config LOCALVERSION
17 string "Local version - append to U-Boot release"
18 help
19 Append an extra string to the end of your U-Boot version.
......
24 be a maximum of 64 characters.
25
26 config LOCALVERSION_AUTO
27bool"Automatically append version information to the version string"
28default y
29 help
30 This will try to automatically determine if the current tree is a
31 release tree by looking for git tags that belong to the current
......
43
44 which is done within the script "scripts/setlocalversion".)
第16和26行，这两行都以config关键字开头，后面跟着LOCALVERSION和LOCALVERSION_AUTO，这两个就是配置项名字。假如我们使能了LOCALVERSION_AUTO这个功能，那么就会下.config文件中生成CONFIG_LOCALVERSION_AUTO，这个在上一小节讲解如何使能dns命令的时候讲过了。由此可知，.config文件中的"CONFIG_xxx" (xxx就是具体的配置项名字)就是Kconfig文件中config关键字后面的配置项名字加上"CONFIG_"前缀。
config关键字下面的这几行是配置项属性，17~24行是LOCALVERSION的属性，27~44行是LOCALVERSION_AUTO的属性。属性里面描述了配置项的类型、输入提示、依赖关系、帮助信息和默认值等。
第17行的string是变量类型，也就是"CONFIG_ LOCALVERSION"的变量类型。可以为：bool、tristate、string、hex和int，一共5种。最常用的是bool、tristate和string这三种，bool类型有两种值：y和n，当为y的时候表示使能这个配置项，当为n的时候就禁止这个配置项。tristate类型有三种值：y、m和n，其中y和n的涵义与bool类型一样，m表示将这个配置项编译为模块。string为字符串类型，所以LOCALVERSION是个字符串变量，用来存储本地字符串，选中以后即可输入用户定义的本地版本号，如图34.2.2.4所示：


图34.2.2.4 本地版本号配置
string后面的"Local version - append to U-Boot release"就是这个配置项在图形界面上的显示出来的标题。
第18行，help表示帮助信息，告诉我们配置项的含义，当我们按下"h"或"?"弹出来的帮助界面就是help的内容。
第27行，说明"CONFIG_LOCALVERSION_AUTO"是个bool类型，可以通过按下Y或N键来使能或者禁止CONFIG_LOCALVERSION_AUTO。
第28行，"defaulty"表示CONFIG_LOCALVERSION_AUTO的默认值就是y，所以这一行默认会被选中。
4、dependson和select
打开arch/Kconfig文件，在里面有这如下代码：
示例代码34.2.2.6 arch/Kconfig代码段
7 config SYS_GENERIC_BOARD
8 bool
9 depends on HAVE_GENERIC_BOARD
10
11 choice
12 prompt "Architecture select"
13 default SANDBOX
14
15 config ARC
16 bool"ARC architecture"
17 select HAVE_PRIVATE_LIBGCC
18 select HAVE_GENERIC_BOARD
19 select SYS_GENERIC_BOARD
20 select SUPPORT_OF_CONTROL
第9行，"dependson"说明"SYS_GENERIC_BOARD"项依赖于"HAVE_GENERIC_BOARD",也就是说"HAVE_GENERIC_BOARD"被选中以后"SYS_GENERIC_BOARD"才能被选中。
第17~20行，"select"表示方向依赖，当选中"ARC"以后，"HAVE_PRIVATE_LIBGCC"、"HAVE_GENERIC_BOARD"、"SYS_GENERIC_BOARD"和"SUPPORT_OF_CONTROL"这四个也会被选中。
4、choice/endchoice
在arch/Kconfig文件中有如下代码：
示例代码34.2.2.7 arch/Kconfig代码段
11 choice
12 prompt "Architecture select"
13default SANDBOX
14
15 config ARC
16bool"ARC architecture"
......
21
22 config ARM
23bool"ARM architecture"
......
29
30 config AVR32
31bool"AVR32 architecture"
......
35
36 config BLACKFIN
37bool"Blackfin architecture"
......
40
41 config M68K
42bool"M68000 architecture"
......
117
118 endchoice
choice/endchoice代码段定义了一组可选择项，将多个类似的配置项组合在一起，供用户单选或者多选。示例代码34.2.2.7就是选择处理器架构，可以从ARC、ARM、AVR32等这些架构中选择，这里是单选。在uboot图形配置界面上选择"Architecture select"，进入以后如图34.2.2.5所示：


图34.2.2.5 架构选择界面
可以在图34.2.2.5中通过移动光标来选择所使用的CPU架构。第12行的prompt给出这个choice/endchoice段的提示信息为"Architecture select"。
5、menuconfig
menuconfig和menu很类似，但是menuconfig是个带选项的菜单，其一般用法为：
示例代码34.2.2.8 menuconfig用法
1 menuconfig MODULES
2bool"菜单"
3if MODULES
4...
5 endif # MODULES
第1行，定义了一个可选的菜单MODULES，只有选中了MODULES第3~5行if到endif之间的内容才会显示。在顶层Kconfig中有如下代码：
示例代码34.2.2.9 顶层Kconfig代码段
14 menu "General setup"
......
74 menuconfig EXPERT
75bool"Configure standard U-Boot features (expert users)"
76default y
77 help
78 This option allows certain base U-Boot options and settings
79 to be disabled or tweaked. This is for specialized
80 environments which can tolerate a "non-standard" U-Boot.
81 Only use this if you really know what you are doing.
82
83if EXPERT
84 config SYS_MALLOC_CLEAR_ON_INIT
85bool"Init with zeros the memory reserved for malloc (slow)"
86default y
87 help
88 This setting is enabled by default. The reserved malloc
89 memory is initialized with zeros, so first malloc calls
......
98 should be replaced by calloc -if expects zeroed memory.
99 endif
100 endmenu # General setup
第74~99行使用menuconfig实现了一个菜单，路径如下：
General setup
-> Configure standard U-Boot features (expert users) --->
如图34.2.2.6所示：


图34.2.2.6 菜单Configure standard U-Boot features (expert users)
从图34.2.2.6可以看到，前面有"[ ]"说明这个菜单是可选的，当选中这个菜单以后就可以进入到子选项中，也就是示例代码34.2.2.9中的第83~99行所描述的菜单，如图34.2.2.7所示：


图34.2.2.7 菜单Init with zeros the memory reserved for malloc (slow)
如果不选择"Configure standard U-Boot features (expert users)"，那么示例代码34.2.2.9中的第83~99行所描述的菜单就不会显示出来，进去以后是空白的。
6、comment
comment用于注释，也就是在图形化界面中显示一行注释，打开文件drivers/mtd/nand/Kconfig，有如下所示代码：
示例代码34.2.2.10 drivers/mtd/nand/Kconfig代码段
74 config NAND_ARASAN
75 bool"Configure Arasan Nand"
76 help
......
80
81 comment "Generic NAND options"
第81行使用comment标注了一行注释，注释内容为："Generic NAND options"，这行注释在配置项NAND_ARASAN的下面。在图形化配置界面中按照如下路径打开：
-> Device Drivers
-> NAND Device Support
结果如图34.2.2.8所示：


图34.2.2.8 注释"Generic NAND options"
从图34.2.2.8可以看出，在配置项"Configure Arasan Nand"下面有一行注释，注释内容为"*** Generic NAND options ***"。
7、source
source用于读取另一个Kconfig，比如：
source "arch/Kconfig"
这个在前面已经讲过了。
Kconfig语法就讲解到这里，基本上常用的语法就是这些，因为uboot相比Linux内核要小很多，所以配置项也要少很多，所以建议大家使用uboot来学习Kconfig。一般不会修改uboot中的Kconfig文件，甚至都不会使用uboot的图形化界面配置工具，本小节学习Kconfig的目的主要还是为了Linux内核作准备。
34.3 添加自定义菜单图形化配置工具的主要工作就是在.config下面生成前缀为"CONFIG_"的变量，这些变量一般都要值，为y，m或n，在uboot源码里面会根据这些变量来决定编译哪个文件。本小节我们就来学习一下如何添加自己的自定义菜单，自定义菜单要求如下：
①、在主界面中添加一个名为"Mytestmenu"，此菜单内部有一个配置项。
②、配置项为"MY_TESTCONFIG"，此配置项处于菜单"Mytestmenu"中。
③、配置项的为变量类型为bool，默认值为y。
④、配置项菜单名字为"Thisismytestconfig"。
⑤、配置项的帮助内容为"Thisisaemptyconfig, just for tset!"。
打开顶层Kconfig，在最后面加入如下代码：
示例代码34.3.1 自定义菜单
1 menu "My test menu"
2
3 config MY_TESTCONFIG
4bool"This is my test config"
5default y
6 help
7 This is a empty config, just for tset!
8
9 endmenu # my test menu
添加完成以后打开图形化配置界面，如图34.3.1所示：


图34.3.1 主界面
从图34.3.1可以看出，主菜单最后面出现了一个名为"Mytestmenu"的子菜单，这个就是我们上面添加进来的子菜单。进入此子菜单，如图34.3.2所示：


图34.3.2 "Mytestmenu"子菜单
从图34.3.2可以看出，配置项添加成功，选中"Thisismytestconfig"配置项，然后按下"H"键打开帮助文档，如图34.3.3所示：


图34.3.3 帮助信息
从图34.3.3可以看出，帮助信息也正确。配置项MY_TESTCONFIG默认也是被选中的，因此在.config文件中肯定会有"CONFIG_MY_TESTCONFIG=y"这一行，如图34.3.4所示：


图34.3.4 .config文件
至此，我们在主菜单添加自己的自定义菜单就成功了，以后大家如果去半导体原厂工作的话，如果要编写Linux驱动，那么很有可能需要你来修改甚至编写Kconfig文件。Kconfig语法其实不难，重要的点就是34.2.2小节中的那几个，最主要的是记住：Kconfig文件的最终目的就是在.config文件中生成以"CONFIG_"开头的变量。

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