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)。
" x/ c, T: l& G% I" ]- Z& Y本篇是 《IAR啟動(dòng)函數(shù)流程及其__low_level_init設(shè)計(jì)對函數(shù)重定向的影響》 一文的后續(xù)，在上篇文章里我們在 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)并沒有詳細(xì)介紹，今天我們就仔細(xì)說說這個(gè) __iar_data_init3() 函數(shù)：

Note 1：閱讀本文前需要對 《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)填上對應(yīng)的初值（初值來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。
0 w# ^0 k" s+ F

Note: 除了 .data/.bss/.textrw 之外，還有一些段（.noinit/CSTACK/HEAP等）也鏈接在 RAM 區(qū)，但這些段對初值沒有依賴，所以不需要初始化。.bss                 // 初值為 0 的靜態(tài)/全局變量（RAM）
. C& {& q1 p- @* [6 }.data                // 初值為非 0 的全局變量（RAM）
.data_init           // .data 段的初值（Flash）
" ?! L0 s) r4 t" |. i: J.textrw              // __ramfunc 修飾的重定向函數(shù)實(shí)際執(zhí)行區(qū)（RAM）
.textrw_init         // .textrw 段的機(jī)器碼存儲(chǔ)區(qū)（Flash）
0 ]6 y, M- z' d+ G4 P7 a9 [% n# ]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，就可以完成對應(yīng)初始化工作（說白了，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如下 IAR 鏈接器提供的接口來獲取，具體拷貝過程可參看 《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。
0 B6 x4 x7 o0 U; k$ }

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應(yīng)緊挨著放一起（.data_init，下載到一塊連續(xù)的 Flash 區(qū)）；對于 .textrw 的處理也類似。#pragma section = ".data"
& `+ \4 O; e; h7 u! V% {1 z, Z#pragma section = ".data_init"
#pragma section = ".bss"
#pragma section = ".textrw"
) u( G5 \& p- }7 x$ a#pragma section = ".textrw_init"
uint8_t *data_ram              = __section_begin(".data");
uint8_t *data_rom              = __section_begin(".data_init");
3 t0 X' Z5 @& m  l) ^7 l2 K9 guint8_t *data_rom_end          = __section_end(".data_init");
uint8_t *bss_start             = __section_begin(".bss");
. L# }- P+ b8 X; iuint8_t *bss_end               = __section_end(".bss");
uint8_t *code_relocate_ram     = __section_begin(".textrw");
: Y* F; m+ G% ?1 d" cuint8_t *code_relocate_rom     = __section_begin(".textrw_init");
# ]  h- a! v# l( }( N( v5 N% kuint8_t *code_relocate_rom_end = __section_end(".textrw_init");
段初始化的一般實(shí)現(xiàn)雖然簡單，但有個(gè)缺點(diǎn)，就是對于用戶自定義 RW/ZI 段或者多個(gè)分散的 RW/ZI 段無法自動(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)。
/ m4 f. N1 r% R6 M9 r( h& l  a/ W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
3 V& M8 N7 U, T2 e8 Q\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\zero_init3.c  - 存放 __iar_zero_init3 函數(shù)
1 J. I( I, W7 ^, l\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)用程序工程來講解會(huì)更清晰。
// 在 IAR 目錄 \arm\inc\c\DLib_Product.h 中宏定義
#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)
#pragma section = "Region$$Table" const TABLE_MEM
void IAR_DATA_INIT(void)
{
1 H/ ~+ B4 Y" Q9 c    FAddr TABLE_MEM const * pi = __section_begin("Region$$Table");
    table_ptr_t             pe = __section_end  ("Region$$Table");
    while (pi != pe)
, m% H5 H( _% B# O    {
' ^- p6 I! G: v- i        init_fun_t * fun = FAddr_GetPtr(pi);
        ++pi;
        pi = fun(pi);
    }
. N( N* y/ I1 b}
我們現(xiàn)在隨便編譯一個(gè) SDK 例程（痞子衡選擇的是 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\iar，切到 flexspi_nor_debug build，即代碼 RO 段鏈接在 0x30000000 開始的 Flash 區(qū)，代碼 RW 段鏈接在 0x20000000 開始的 DTCM 區(qū)），查看其對應(yīng)映射文件(.map)，摘出其中跟段初始化相關(guān)的一些內(nèi)容如下，初始化工作包含：利用 __iar_zero_init3 函數(shù)清零起始地址為 0x20000040 長度為 0x4c 字節(jié)的 ZI 段空間，利用 __iar_copy_init3 函數(shù)拷貝 0x40 字節(jié) RW 段數(shù)據(jù)（從 0x300060fc 到 0x20000000）：
*******************************************************************************
; R3 {2 j: ?, @; d*** INIT TABLE
***
2 f4 \0 _% B5 \          Address      Size
# Y; R6 ^4 I7 l! K. c7 j( z          -------      ----
/ ~0 r# _0 C- g* Z4 @Zero (__iar_zero_init3)
, j$ O. A- B. \    1 destination range, total size 0x4c:
, {5 Q$ j9 a6 J. S/ Y          0x2000'0040  0x4c
Copy (__iar_copy_init3)
) @7 f3 ?9 v3 W/ {# D    1 source range, total size 0x40:
6 y+ p+ \/ U1 I$ y, v          0x3000'60fc  0x40
    1 destination range, total size 0x40:
, `! ^, r  @9 V; b- ~0 j          0x2000'0000  0x40
9 C% N% `  ]2 y. {  s; h*******************************************************************************
) l$ t% ?" |4 J& \*** ENTRY LIST
***
Entry                       Address   Size  Type      Object
----                       -------   ----  ----      ------
2 B1 Z9 b6 O( ^$ t0 i9 y.iar.init_table$$Base   0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
1 W. C" I  m  i1 W% E.iar.init_table$$Limit  0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
& Y& A" q" ?' h/ X5 S% C2 QRegion$$Table$$Base     0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
Region$$Table$$Limit    0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
9 w' }( O- i" ^; c__iar_copy_init3        0x3000'630d   0x2c  Code  Gb  copy_init3.o [6]
4 d3 v; N! i3 F! m* ^__iar_zero_init3        0x3000'613d   0x3c  Code  Gb  zero_init3.o [6]
, [+ j7 t9 a$ k( w6 W在映射文件里，我們知道了 Region$$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)的地址都是以相對地址來存放的：
* K, C- F" }  x2 |7 }

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。