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

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　　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啟動函數流程里的段初始化函數__iar_data_init3實現。

　　本篇是 《IAR啟動函數流程及其__low_level_init設計對函數重定向的影響》 一文的后續，在上篇文章里我們在 IAR 軟件安裝目錄下找到了標准啟動函數 __iar_program_start() 相關源文件，並且分析了 __iar_program_start() 函數里的全部動作。我們知道了其中負責 .data/.bss/.textrw 段初始化工作的是 __iar_data_init3() 函數，但是這個函數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() 函數：

• 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)》 一文第一小節列出了 IAR 工程里定義的全部系統段（Section）名，其中 .data/.bss/.textrw 段是需要初始化的，因為這些段是鏈接在 RAM 里，而 RAM 上電其內容都是隨機值，所以需要一段啟動代碼將 .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序鏡像文件的 Flash 區），然后應用程序才能正常運行。

• Note: 除了 .data/.bss/.textrw 之外，還有一些段（.noinit/CSTACK/HEAP等）也鏈接在 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/全局變量（RAM）
.data                // 初值為非 0 的全局變量（RAM）
.data_init           // .data 段的初值（Flash）
.textrw              // __ramfunc 修飾的重定向函數實際執行區（RAM）
.textrw_init         // .textrw 段的機器碼存儲區（Flash）

二、RW/ZI段初始化的一般實現

　　應用程序工程在編譯鏈接結束后，.data/.bss/.textrw 段實際鏈接地址就確定了（這里指默認由 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，就可以完成對應初始化工作（說白了，就是初值數據從 Flash 到 RAM 的拷貝工作），實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下將關鍵函數重定向到RAM中執行的方法》 一文最后一節里的代碼。

• Note: IAR 鏈接器為了后續初始化的方便，都是將程序中全部的全局變量緊挨着放到一塊連續的 RAM 區域（.data），然后其全部初值也一一對應緊挨着放一起（.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，但有些缺點，就是對於用戶自定義 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代碼實現。而且也不能用於 IAR 鏈接器有對 .data_init/.textrw_init 段做了壓縮的情況（不過鏈接文件里使用 initialize manually 不帶額外參數的話，默認是關了壓縮功能）。

三、__iar_data_init3() 函數實現細節

　　前面鋪墊了這么多，終於到了圍觀 IAR 標准段初始化函數 __iar_data_init3() 實現的時候了，跟這個函數相關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
\IAR Systems\Embedded Workbench 9.10.2\arm\src\lib\init\copy_init3.c  - 存放 __iar_copy_init3 函數

　　在 data_init.c 文件中有一個叫 IAR_DATA_INIT 的函數，其實它就是 __iar_data_init3，光看這個函數里的代碼會讓人有點摸不着頭腦，因為用了 IAR 鏈接器里的接口及一些特殊定義，我們結合一個具體應用程序工程來講解會更清晰。

// 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$$Table" const TABLE_MEM
void IAR_DATA_INIT(void)
{
    FAddr TABLE_MEM const * pi = __section_begin("Region$$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，即代碼 RO 段鏈接在 0x30000000 開始的 Flash 區，代碼 RW 段鏈接在 0x20000000 開始的 DTCM 區），查看其對應映射文件(.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 函數清零起始地址為 0x20000040 長度為 0x4c 字節的 ZI 段空間，利用 __iar_copy_init3 函數拷貝 0x40 字節 RW 段數據（從 0x300060fc 到 0x20000000）：

• Note: 映射文件里 INIT TABLE 區，Copy 動作下，source range 與 destination range 一樣大，說明測試 SDK 例程下 IAR 鏈接器沒有對 .data_init/.textrw_init 段進行壓縮。

*******************************************************************************
*** 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，我們知道了 Region$$Table 區域的起止地址 [0x300063d4 - 0x300063f8)，打開鏡像文件或者在線調試找到這段區域里的內容，你會發現段初始化工作所需的全部信息（操作函數地址、操作數據長度、操作源地址、操作目標地址）都記錄在里面，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（FAddr_GetPtr 函數負責地址轉換）：

• Note1：0x300063d4 地址處的值是 0xfffffd69，那么 0x300063d4 + 0xfffffd69 = 0x13000613d，保留低 32bit 即是 __iar_zero_init3 函數地址。
• Note2：0x300063e4 地址處的值是 0xffffff29，那么 0x300063e4 + 0xffffff29 = 0x13000630d，保留低 32bit 即是 __iar_copy_init3 函數地址。

　　現在我們就很好理解 __iar_data_init3 函數里的代碼了，它就是從 Region$$Table 區域里按序取出初始化工作所需的信息，並去一一執行完成段初始化的工作，這種實現方法的優點在於拓展性強，IAR 鏈接器可根據實際應用程序工程的鏈接情況自由拓展 Region$$Table 區域里的內容，而 __iar_data_init3 函數本身則不需要做任何修改。

　　至此，IAR啟動函數流程里的段初始化函數__iar_data_init3實現痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

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