[痞子衡]深扒IAR启动函数流程里RW/ZI段初始化实现

NXP管管

深扒IAR启动函数流程里RW/ZI段初始化实现

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。

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

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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。

1. #pragma section = ".data"
   
2. #pragma section = ".data_init"
   
3. #pragma section = ".bss"
   
4. #pragma section = ".textrw"
   
5. #pragma section = ".textrw_init"
   
6. 
   
7. uint8_t *data_ram              = __section_begin(".data");
   
8. uint8_t *data_rom              = __section_begin(".data_init");
   
9. uint8_t *data_rom_end          = __section_end(".data_init");
   
10. uint8_t *bss_start             = __section_begin(".bss");
    
11. uint8_t *bss_end               = __section_end(".bss");
    
12. uint8_t *code_relocate_ram     = __section_begin(".textrw");
    
13. uint8_t *code_relocate_rom     = __section_begin(".textrw_init");
    
14. uint8_t *code_relocate_rom_end = __section_end(".textrw_init");

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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：

1. \IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\data_init.c
   
2. \IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\zero_init3.c  - 存放 __iar_zero_init3 函数
   
3. \IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\copy_init3.c  - 存放 __iar_copy_init3 函数

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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。

1. // 在 IAR 目录 \arm\inc\c\DLib_Product.h 中宏定义
   
2. #define _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION 3
   
3. 
   
4. // 在 IAR 目录 \arm\src\lib\init\data_init.h 中的宏定义
   
5. #define IAR_DATA_INIT _GLUE(__iar_data_init, _DLIB_ELF_INIT_INTERFACE_VERSION)
   
6. 
   
7. #pragma section = "Region$Table" const TABLE_MEM
   
8. void IAR_DATA_INIT(void)
   
9. {
   
10.     FAddr TABLE_MEM const * pi = __section_begin("Region$Table");
    
11.     table_ptr_t             pe = __section_end  ("Region$Table");
    
12.     while (pi != pe)
    
13.     {
    
14.         init_fun_t * fun = FAddr_GetPtr(pi);
    
15.         ++pi;
    
16.         pi = fun(pi);
    
17.     }
    
18. }

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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-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\iar，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）：

1. *******************************************************************************
   
2. *** INIT TABLE
   
3. ***
   
4. 
   
5.           Address      Size
   
6.           -------      ----
   
7. Zero (__iar_zero_init3)
   
8.     1 destination range, total size 0x4c:
   
9.           0x2000'0040  0x4c
   
10. 
    
11. Copy (__iar_copy_init3)
    
12.     1 source range, total size 0x40:
    
13.           0x3000'60fc  0x40
    
14.     1 destination range, total size 0x40:
    
15.           0x2000'0000  0x40
    
16. 
    
17. *******************************************************************************
    
18. *** ENTRY LIST
    
19. ***
    
20. 
    
21. Entry                       Address   Size  Type      Object
    
22. ----                       -------   ----  ----      ------
    
23. .iar.init_table$Base   0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
    
24. .iar.init_table$Limit  0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
    
25. Region$Table$Base     0x3000'63d4          --   Gb  - Linker created -
    
26. Region$Table$Limit    0x3000'63f8          --   Gb  - Linker created -
    
27. __iar_copy_init3        0x3000'630d   0x2c  Code  Gb  copy_init3.o [6]
    
28. __iar_zero_init3        0x3000'613d   0x3c  Code  Gb  zero_init3.o [6]

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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 .iar.init_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~~~

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