痞子衡嵌入式：深扒IAR启动函数流程之段初始化函数__iar_data_init3实现

Z时代
2024-01-10
分类：综合

　　大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是IAR启动函数流程里的段初始化函数__iar_data_init3实现。

　　本篇是《IAR启动函数流程及其__low_level_init设计对函数重定向的影响》一文的后续，在上篇文章里我们在 IAR 软件安装目录下找到了标准启动函数 __iar_program_start() 相关源文件，并且分析了 __iar_program_start() 函数里的全部动作。我们知道了其中负责 .data/.bss/.textrw 段初始化工作的是 __iar_data_init3() 函数，但是这个函数的具体实现并没有详细介绍，今天我们就仔细说说这个 __iar_data_init3() 函数：

Note 1：阅读本文前需要对《IAR链接文件(.icf)》有所了解。
Note 2：本文使用的 IAR EWARM 软件版本是 v9.10.2。

一、为什么有些段需要初始化？

　　《IAR链接文件(.icf)》一文第一小节列出了 IAR 工程里定义的全部系统段（Section）名，其中 .data/.bss/.textrw 段是需要初始化的，因为这些段是链接在 RAM 里，而 RAM 上电其内容都是随机值，所以需要一段启动代码将 .data/.bss/.textrw 段所在的 RAM 区填上对应的初值（初值来自于下载了程序镜像文件的 Flash 区），然后应用程序才能正常运行。

Note: 除了 .data/.bss/.textrw 之外，还有一些段（.noinit/CSTACK/HEAP等）也链接在 RAM 区，但这些段对初值没有依赖，所以不需要初始化。

.bss // 初值为 0 的静态/全局变量（RAM） .data // 初值为非 0 的全局变量（RAM） .data_init // .data 段的初值（Flash） .textrw // __ramfunc 修饰的重定向函数实际执行区（RAM） .textrw_init // .textrw 段的机器码存储区（Flash）

二、RW/ZI段初始化的一般实现

　　应用程序工程在编译链接结束后，.data/.bss/.textrw 段实际链接地址就确定了（这里指默认由 IAR 链接器自由分配具体链接地址，而不是用户在链接文件中指明具体链接地址的情况），我们知道了这些段的链接地址，就可以完成对应初始化工作（说白了，就是初值数据从 Flash 到 RAM 的拷贝工作），实际链接地址可以通过如下 IAR 链接器提供的接口来获取，具体拷贝过程可参看《IAR下将关键函数重定向到RAM中执行的方法》一文最后一节里的代码。

Note: IAR 链接器为了后续初始化的方便，都是将程序中全部的全局变量紧挨着放到一块连续的 RAM 区域（.data），然后其全部初值也一一对应紧挨着放一起（.data_init，下载到一块连续的 Flash 区）；对于 .textrw 的处理也类似。

#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");

　　段初始化的一般实现虽然简单，但有个缺点，就是对于用户自定义 RW/ZI 段或者多个分散的 RW/ZI 段无法自动适应，需要根据实际情况不断调整代码实现。

三、__iar_data_init3() 函数实现细节

　　前面铺垫了这么多，终于到了围观 IAR 标准段初始化函数 __iar_data_init3() 实现的时候了，跟这个函数相关的源文件在如下路径下，核心代码在 data_init.c 文件中：

IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armsrclibinitdata_init.c IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armsrclibinitzero_init3.c - 存放 __iar_zero_init3 函数 IAR SystemsEmbedded Workbench 9.10.2armsrclibinitcopy_init3.c - 存放 __iar_copy_init3 函数

　　在 data_init.c 文件中有一个叫 IAR_DATA_INIT 的函数，其实它就是 __iar_data_init3，光看这个函数里的代码会让人有点摸不着头脑，因为用了 IAR 链接器里的接口及一些特殊定义，我们结合一个具体应用程序工程来讲解会更清晰。

// 在 IAR 目录 arminccDLib_Product.h 中宏定义
#define _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION 3
// 在 IAR 目录 armsrclibinitdata_init.h 中的宏定义
#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);
    }
}

　　我们现在随便编译一个 SDK 例程（痞子衡选择的是 SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVKoardsevkmimxrt1170demo_appshello_worldcm7iar，切到 flexspi_nor_debug build，即代码 RO 段链接在 0x30000000 开始的 Flash 区，代码 RW 段链接在 0x20000000 开始的 DTCM 区），查看其对应映射文件(.map)，摘出其中跟段初始化相关的一些内容如下，初始化工作包含：利用 __iar_zero_init3 函数清零起始地址为 0x20000040 长度为 0x4c 字节的 ZI 段空间，利用 __iar_copy_init3 函数拷贝 0x40 字节 RW 段数据（从 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]

　　在映射文件里，我们知道了 Region$$Table 区域的起止地址 [0x300063d4 - 0x300063f8)，打开镜像文件或者在线调试找到这段区域里的内容，你会发现段初始化工作所需的全部信息（操作函数地址、操作数据长度、操作源地址、操作目标地址）都记录在里面，其中特别注意的是涉及 Flash 区的地址都是以相对地址来存放的：

Note：FAddr_GetPtr 函数负责地址转换，0x300063d4 地址处的值是 0xfffffd69，那么 0x300063d4 + 0xfffffd69 = 0x13000613d，保留低 32bit 即是 __iar_zero_init3 函数地址。

　　现在我们就很好理解 __iar_data_init3 函数里的代码了，它就是从 Region$$Table 区域里按序取出初始化工作所需的信息，并去一一执行完成段初始化的工作，这种实现方法的优点在于拓展性强，IAR 链接器可根据实际应用程序工程的链接情况自由拓展 Region$$Table 区域里的内容，而 __iar_data_init3 函数本身则不需要做任何修改。

　　至此，IAR启动函数流程里的段初始化函数__iar_data_init3实现痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~