痞子衡嵌入式：深扒IAR啟動函式流程之段初始化函式__iar_data_init3實現

痞子衡發表於2021-11-27
函式

　　大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是IAR啟動函式流程裡的段初始化函式__iar_data_init3實現。

　　本篇是 《IAR啟動函式流程及其__low_level_init設計對函式重定向的影響》 一文的後續，在上篇文章裡我們在 IAR 軟體安裝目錄下找到了標準啟動函式 __iar_program_start() 相關原始檔，並且分析了 __iar_program_start() 函式裡的全部動作。我們知道了其中負責 .data/.bss/.textrw 段初始化工作的是 __iar_data_init3() 函式，但是這個函式的具體實現並沒有詳細介紹，今天我們就仔細說說這個 __iar_data_init3() 函式：

  • Note 1： 閱讀本文前需要對 《IAR連結檔案(.icf)》 有所瞭解。
  • Note 2： 本文使用的 IAR EWARM 軟體版本是 v9.10.2。

一、為什麼有些段需要初始化？

　　《IAR連結檔案(.icf)》 一文第一小節列出了 IAR 工程裡定義的全部系統段（Section）名，其中 .data/.bss/.textrw 段是需要初始化的，因為這些段是連結在 RAM 裡，而 RAM 上電其內容都是隨機值，所以需要一段啟動程式碼將 .data/.bss/.textrw 段所在的 RAM 區填上對應的初值（初值來自於下載了程式映象檔案的 Flash 區），然後應用程式才能正常執行。

  • Note: 除了 .data/.bss/.textrw 之外，還有一些段（.noinit/CSTACK/HEAP等）也連結在 RAM 區，但這些段對初值沒有依賴，所以不需要初始化。
.bss                 // 初值為 0 的靜態/全域性變數（RAM）
.data                // 初值為非 0 的全域性變數（RAM）
.data_init           // .data 段的初值（Flash）
.textrw              // __ramfunc 修飾的重定向函式實際執行區（RAM）
.textrw_init         // .textrw 段的機器碼儲存區（Flash）

二、RW/ZI段初始化的一般實現

　　應用程式工程在編譯連結結束後，.data/.bss/.textrw 段實際連結地址就確定了（這裡指預設由 IAR 連結器自由分配具體連結地址，而不是使用者在連結檔案中指明具體連結地址的情況），我們知道了這些段的連結地址，就可以完成對應初始化工作（說白了，就是初值資料從 Flash 到 RAM 的拷貝工作），實際連結地址可以通過如下 IAR 連結器提供的介面來獲取，具體拷貝過程可參看 《IAR下將關鍵函式重定向到RAM中執行的方法》 一文最後一節裡的程式碼。

  • Note: IAR 連結器為了後續初始化的方便，都是將程式中全部的全域性變數緊挨著放到一塊連續的 RAM 區域（.data），然後其全部初值也一一對應緊挨著放一起（.data_init，下載到一塊連續的 Flash 區）；對於 .textrw 的處理也類似。
#pragma section = ".data"
#pragma section = ".data_init"
#pragma section = ".bss"
#pragma section = ".textrw"
#pragma section = ".textrw_init"

uint8_t *data_ram              = __section_begin(".data");
uint8_t *data_rom              = __section_begin(".data_init");
uint8_t *data_rom_end          = __section_end(".data_init");
uint8_t *bss_start             = __section_begin(".bss");
uint8_t *bss_end               = __section_end(".bss");
uint8_t *code_relocate_ram     = __section_begin(".textrw");
uint8_t *code_relocate_rom     = __section_begin(".textrw_init");
uint8_t *code_relocate_rom_end = __section_end(".textrw_init");

　　段初始化的一般實現雖然簡單，但有個缺點，就是對於使用者自定義 RW/ZI 段或者多個分散的 RW/ZI 段無法自動適應，需要根據實際情況不斷調整程式碼實現。

三、__iar_data_init3() 函式實現細節

　　前面鋪墊了這麼多，終於到了圍觀 IAR 標準段初始化函式 __iar_data_init3() 實現的時候了，跟這個函式相關的原始檔在如下路徑下，核心程式碼在 data_init.c 檔案中：

\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\data_init.c
\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\zero_init3.c  - 存放 __iar_zero_init3 函式
\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\copy_init3.c  - 存放 __iar_copy_init3 函式

　　在 data_init.c 檔案中有一個叫 IAR_DATA_INIT 的函式，其實它就是 __iar_data_init3，光看這個函式裡的程式碼會讓人有點摸不著頭腦，因為用了 IAR 連結器裡的介面及一些特殊定義，我們結合一個具體應用程式工程來講解會更清晰。

// 在 IAR 目錄 \arm\inc\c\DLib_Product.h 中巨集定義
#define _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION 3

// 在 IAR 目錄 \arm\src\lib\init\data_init.h 中的巨集定義
#define IAR_DATA_INIT _GLUE(__iar_data_init, _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION)

#pragma section = "Region$$Table" const TABLE_MEM
void IAR_DATA_INIT(void)
{
    FAddr TABLE_MEM const * pi = __section_begin("Region$$Table");
    table_ptr_t             pe = __section_end  ("Region$$Table");
    while (pi != pe)
    {
        init_fun_t * fun = FAddr_GetPtr(pi);
        ++pi;
        pi = fun(pi);
    }
}

　　我們現在隨便編譯一個 SDK 例程（痞子衡選擇的是 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\iar，切到 flexspi_nor_debug build，即程式碼 RO 段連結在 0x30000000 開始的 Flash 區，程式碼 RW 段連結在 0x20000000 開始的 DTCM 區），檢視其對應對映檔案(.map)，摘出其中跟段初始化相關的一些內容如下，初始化工作包含：利用 __iar_zero_init3 函式清零起始地址為 0x20000040 長度為 0x4c 位元組的 ZI 段空間，利用 __iar_copy_init3 函式拷貝 0x40 位元組 RW 段資料（從 0x300060fc 到 0x20000000）：

*******************************************************************************
*** INIT TABLE
***

          Address      Size
          -------      ----
Zero (__iar_zero_init3)
    1 destination range, total size 0x4c:
          0x2000'0040  0x4c

Copy (__iar_copy_init3)
    1 source range, total size 0x40:
          0x3000'60fc  0x40
    1 destination range, total size 0x40:
          0x2000'0000  0x40

*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***

Entry                       Address   Size  Type      Object
 ----                       -------   ----  ----      ------
.iar.init_table$$Base   0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
.iar.init_table$$Limit  0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
Region$$Table$$Base     0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
Region$$Table$$Limit    0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
__iar_copy_init3        0x3000'630d   0x2c  Code  Gb  copy_init3.o [6]
__iar_zero_init3        0x3000'613d   0x3c  Code  Gb  zero_init3.o [6]

　　在對映檔案裡，我們知道了 Region$$Table 區域的起止地址 [0x300063d4 - 0x300063f8)，開啟映象檔案或者線上除錯找到這段區域裡的內容，你會發現段初始化工作所需的全部資訊（操作函式地址、運算元據長度、操作源地址、操作目標地址）都記錄在裡面，其中特別注意的是涉及 Flash 區的地址都是以相對地址來存放的：

  • Note：FAddr_GetPtr 函式負責地址轉換，0x300063d4 地址處的值是 0xfffffd69，那麼 0x300063d4 + 0xfffffd69 = 0x13000613d，保留低 32bit 即是 __iar_zero_init3 函式地址。

　　現在我們就很好理解 __iar_data_init3 函式裡的程式碼了，它就是從 Region$$Table 區域裡按序取出初始化工作所需的資訊，並去一一執行完成段初始化的工作，這種實現方法的優點在於擴充性強，IAR 連結器可根據實際應用程式工程的連結情況自由擴充 Region$$Table 區域裡的內容，而 __iar_data_init3 函式本身則不需要做任何修改。

　　至此，IAR啟動函式流程裡的段初始化函式__iar_data_init3實現痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~

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