深扒IAR啟動(dòng)函數(shù)流程里RW/ZI段初始化實(shí)現(xiàn)

撞上電子

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家分享的是IAR啟動(dòng)函數(shù)流程里的段初始化函數(shù)__iar_data_init3實(shí)現(xiàn)。
+ U# B$ i- g# Z# e, U- K9 B本篇是 《IAR啟動(dòng)函數(shù)流程及其__low_level_init設(shè)計(jì)對(duì)函數(shù)重定向的影響》 一文的后續(xù)，在上篇文章里我們?cè)?IAR 軟件安裝目錄下找到了標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)函數(shù) __iar_program_start() 相關(guān)源文件，并且分析了 __iar_program_start() 函數(shù)里的全部動(dòng)作。我們知道了其中負(fù)責(zé) .data/.bss/.textrw 段初始化工作的是 __iar_data_init3() 函數(shù)，但是這個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有詳細(xì)介紹，今天我們就仔細(xì)說(shuō)說(shuō)這個(gè) __iar_data_init3() 函數(shù)：

Note 1：閱讀本文前需要對(duì) 《IAR鏈接文件(.icf)》 有所了解。

Note 2：本文使用的 IAR EWARM 軟件版本是 v9.10.2。一、為什么有些段需要初始化？《IAR鏈接文件(.icf)》 一文第一小節(jié)列出了 IAR 工程里定義的全部系統(tǒng)段（Section）名，其中 .data/.bss/.textrw 段是需要初始化的，因?yàn)檫@些段是鏈接在 RAM 里，而 RAM 上電其內(nèi)容都是隨機(jī)值，所以需要一段啟動(dòng)代碼將 .data/.bss/.textrw 段所在的 RAM 區(qū)填上對(duì)應(yīng)的初值（初值來(lái)自于下載了程序鏡像文件的 Flash 區(qū)），然后應(yīng)用程序才能正常運(yùn)行。

Note: 除了 .data/.bss/.textrw 之外，還有一些段（.noinit/CSTACK/HEAP等）也鏈接在 RAM 區(qū)，但這些段對(duì)初值沒(méi)有依賴，所以不需要初始化。.bss                 // 初值為 0 的靜態(tài)/全局變量（RAM）
.data                // 初值為非 0 的全局變量（RAM）
.data_init           // .data 段的初值（Flash）
8 h& k) w2 u: V! G- K.textrw              // __ramfunc 修飾的重定向函數(shù)實(shí)際執(zhí)行區(qū)（RAM）
+ m! V( w6 _7 _.textrw_init         // .textrw 段的機(jī)器碼存儲(chǔ)區(qū)（Flash）
7 N/ s' d5 q  O1 f/ S5 t! H二、RW/ZI段初始化的一般實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序工程在編譯鏈接結(jié)束后，.data/.bss/.textrw 段實(shí)際鏈接地址就確定了（這里指默認(rèn)由 IAR 鏈接器自由分配具體鏈接地址，而不是用戶在鏈接文件中指明具體鏈接地址的情況），我們知道了這些段的鏈接地址，就可以完成對(duì)應(yīng)初始化工作（說(shuō)白了，就是初值數(shù)據(jù)從 Flash 到 RAM 的拷貝工作），實(shí)際鏈接地址可以通過(guò)如下 IAR 鏈接器提供的接口來(lái)獲取，具體拷貝過(guò)程可參看 《IAR下將關(guān)鍵函數(shù)重定向到RAM中執(zhí)行的方法》 一文最后一節(jié)里的代碼。
1 ?& h8 Z7 D  W; u' i9 S

Note: IAR 鏈接器為了后續(xù)初始化的方便，都是將程序中全部的全局變量緊挨著放到一塊連續(xù)的 RAM 區(qū)域（.data），然后其全部初值也一一對(duì)應(yīng)緊挨著放一起（.data_init，下載到一塊連續(xù)的 Flash 區(qū)）；對(duì)于 .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");
8 _* y4 ^2 w' |, v$ m2 w( u4 cuint8_t *data_rom_end          = __section_end(".data_init");
0 u9 V- Z" a; ^2 Ouint8_t *bss_start             = __section_begin(".bss");
uint8_t *bss_end               = __section_end(".bss");
% B$ m# H3 x3 v+ kuint8_t *code_relocate_ram     = __section_begin(".textrw");
uint8_t *code_relocate_rom     = __section_begin(".textrw_init");
1 f' R: S- S4 Z& D$ o" L; i# O& Huint8_t *code_relocate_rom_end = __section_end(".textrw_init");
8 G# E' @$ I4 ?* t) y4 D) ^段初始化的一般實(shí)現(xiàn)雖然簡(jiǎn)單，但有個(gè)缺點(diǎn)，就是對(duì)于用戶自定義 RW/ZI 段或者多個(gè)分散的 RW/ZI 段無(wú)法自動(dòng)適應(yīng)，需要根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整代碼實(shí)現(xiàn)。
三、__iar_data_init3() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)前面鋪墊了這么多，終于到了圍觀 IAR 標(biāo)準(zhǔn)段初始化函數(shù) __iar_data_init3() 實(shí)現(xiàn)的時(shí)候了，跟這個(gè)函數(shù)相關(guān)的源文件在如下路徑下，核心代碼在 data_init.c 文件中：
\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 函數(shù)
\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\copy_init3.c  - 存放 __iar_copy_init3 函數(shù)
在 data_init.c 文件中有一個(gè)叫 IAR_DATA_INIT 的函數(shù)，其實(shí)它就是 __iar_data_init3，光看這個(gè)函數(shù)里的代碼會(huì)讓人有點(diǎn)摸不著頭腦，因?yàn)橛昧?IAR 鏈接器里的接口及一些特殊定義，我們結(jié)合一個(gè)具體應(yīng)用程序工程來(lái)講解會(huì)更清晰。
% n* X9 Y' R. u4 o# M// 在 IAR 目錄 \arm\inc\c\DLib_Product.h 中宏定義
5 V4 ~. ~0 }1 _, P# m/ h# X% n#define _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION 3
// 在 IAR 目錄 \arm\src\lib\init\data_init.h 中的宏定義
#define IAR_DATA_INIT _GLUE(__iar_data_init, _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION)
7 Z: N8 q# [3 l7 |#pragma section = "Region$$Table" const TABLE_MEM
3 M% K  W7 R9 j) o4 avoid IAR_DATA_INIT(void)
  q4 N1 k# t) B' T6 m- n4 l6 ]{
    FAddr TABLE_MEM const * pi = __section_begin("Region$$Table");
, B, o4 c& w9 v" Q: L1 Z    table_ptr_t             pe = __section_end  ("Region$$Table");
    while (pi != pe)
    {
        init_fun_t * fun = FAddr_GetPtr(pi);
# D% s/ }7 H; J- d. S' K7 h        ++pi;
; J8 a! d" l2 M) ?& ?        pi = fun(pi);
    }
( K# o) F" n( j" F2 m8 {! H}
* C5 k3 I; r9 A) B! }. f我們現(xiàn)在隨便編譯一個(gè) SDK 例程（痞子衡選擇的是 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\iar，切到 flexspi_nor_debug build，即代碼 RO 段鏈接在 0x30000000 開始的 Flash 區(qū)，代碼 RW 段鏈接在 0x20000000 開始的 DTCM 區(qū)），查看其對(duì)應(yīng)映射文件(.map)，摘出其中跟段初始化相關(guān)的一些內(nèi)容如下，初始化工作包含：利用 __iar_zero_init3 函數(shù)清零起始地址為 0x20000040 長(zhǎng)度為 0x4c 字節(jié)的 ZI 段空間，利用 __iar_copy_init3 函數(shù)拷貝 0x40 字節(jié) RW 段數(shù)據(jù)（從 0x300060fc 到 0x20000000）：
6 i0 r3 D. s8 L/ `, I' _*******************************************************************************
*** INIT TABLE
***
3 Y/ b# m( z7 q, d          Address      Size
$ R1 F: g3 ?& z! o          -------      ----
Zero (__iar_zero_init3)
! _3 O; V, e* i! S4 q$ B& r    1 destination range, total size 0x4c:
          0x2000'0040  0x4c
# u/ y! v; f; O! S4 n$ I" p. n# |2 JCopy (__iar_copy_init3)
    1 source range, total size 0x40:
- A! H/ `4 F! T/ @  \          0x3000'60fc  0x40
    1 destination range, total size 0x40:
7 z  @$ s  _5 K) W/ a0 f% N5 X; J          0x2000'0000  0x40
( x) y; @& G0 m% o, C1 z3 P*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
- w2 e& G- D5 ~' {! BEntry                       Address   Size  Type      Object
) v0 @4 [+ e1 n( A. ?7 [ ----                       -------   ----  ----      ------
.iar.init_table$$Base   0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
.iar.init_table$$Limit  0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
5 k9 R  K1 p, t# U% x2 oRegion$$Table$$Base     0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
Region$$Table$$Limit    0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
__iar_copy_init3        0x3000'630d   0x2c  Code  Gb  copy_init3.o [6]
5 g/ C2 Q, L, [5 O__iar_zero_init3        0x3000'613d   0x3c  Code  Gb  zero_init3.o [6]
在映射文件里，我們知道了 Region$$Table 區(qū)域的起止地址 [0x300063d4 - 0x300063f8)，打開鏡像文件或者在線調(diào)試找到這段區(qū)域里的內(nèi)容，你會(huì)發(fā)現(xiàn)段初始化工作所需的全部信息（操作函數(shù)地址、操作數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、操作源地址、操作目標(biāo)地址）都記錄在里面，其中特別注意的是涉及 Flash 區(qū)的地址都是以相對(duì)地址來(lái)存放的：
) g1 m7 r: N' m# T+ @2 l3 T$ F

Note：FAddr_GetPtr 函數(shù)負(fù)責(zé)地址轉(zhuǎn)換，0x300063d4 地址處的值是 0xfffffd69，那么 0x300063d4 + 0xfffffd69 = 0x13000613d，保留低 32bit 即是 __iar_zero_init3 函數(shù)地址。