嵌入式笔记

RT-Thread 自动初始化详解

Jaydon · 7月25日 · 2019年 · ·

一、前言


新购进了正点原子的物联网开发板:潘多拉STM32L475;开始学习RT-Thread操作系统!!!

官网:RT-Thread, RTOS, 物联网操作系统 - RT-Thread物联网操作系统 https://www.rt-thread.org/

在学RT-Thread时,经常能听到这个词:自动初始化。用起来也非常容易,一个宏就解决了,但是原理是什么呢?官网文档提及到了

他们的文档在这里:https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/#rt-thread_3

但是写的只是概念层面上的,看完后会使用但原理还是不太清楚。之前研究过,今天把它总结下,写出来分享。

1.1、一般情况的初始化调用

一般情况下,系统中的初始化会这样做,应该再熟悉不过了:

 //伪代码
 
void main(void)
{
    uart_init();
    led_init();
     ...
 
 
    while(1)
    {
        //func1
        //func2
    }
}

这样的显式调用初始化函数,有时可能多达 十几到几十 个,看起来非常非常繁杂。但是好像没啥问题,因为已经看习惯了。

1.2 使用自动初始化后

举例一个自动初始化的用法如下:

//这是led.c文件

void led_init(void)
{
    //省略
}
INIT_APP_EXPORT(led_init)
//这是 main.c 文件
int main(void)
{

}

这样,使用一个宏,初始化函数就会被自动初始化,不用在其他地方显式调用 led_init() 。代码瞬间清爽很多。

二、引入


当然也不用担心一个初始化必须在另一个初始化之前的问题,因为这里有6个自动初始化等级可供选择。

我抠了一张RT-Thread官网文档的图,该图是RT-Thread代码的启动流程图,该图中的蓝色方框部分就是自动初始化的6个等级以及初始化的先后顺序。从图中可以看出这6部分的初始化是由函数 rt_components_board_init() 与 rt_components_init() 完成的。

在一开始的例子中, INIT_APP_EXPORT(led_init) 就位于最后一个方框的位置,属于applications init functions

那么其他等级分别对应什么宏进行初始化的?看下面的表格:

三、自动初始化原理


3.1 6个自动初始化宏的定义

查看源码,这 6 个宏定义如下:( 不同的段:1 2 3 4 5 6 )

 /* board init routines will be called in board_init() function */
 #define INIT_BOARD_EXPORT(fn)           INIT_EXPORT(fn, "1")
 
 /* pre/device/component/env/app init routines will be called in init_thread */
 /* components pre-initialization (pure software initilization) */
 #define INIT_PREV_EXPORT(fn)            INIT_EXPORT(fn, "2")
 /* device initialization */
 #define INIT_DEVICE_EXPORT(fn)          INIT_EXPORT(fn, "3")
 /* components initialization (dfs, lwip, ...) */
 #define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)       INIT_EXPORT(fn, "4")
 /* environment initialization (mount disk, ...) */
 #define INIT_ENV_EXPORT(fn)             INIT_EXPORT(fn, "5")
 /* appliation initialization (rtgui application etc ...) */
 #define INIT_APP_EXPORT(fn)             INIT_EXPORT(fn, "6")

INIT_EXPORT(fn, level) 表示这个函数 fn 现在属于哪个初始化 level 段, 由SECTION(".rti_fn."level) 进行定义。

#define INIT_EXPORT(fn, level)       
RT_USED const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn

而 SECTION(x) 是:

#define SECTION(x)                  __attribute__((section(x)))

__attribute__((section("name"))) :将作用的函数或数据放入指定名为"name"的输入段中。(在不同的编译器中实现的方式也有所不同。)

以上就是整个的宏定义作用就是将函数 fn 的地址赋给一个 __rt_init_fn 的指针,然后放入相应 level 的数据段中。所以函数使用自动初始化宏导出后,这些数据段中就会存储指向各个初始化函数的指针。

举例:INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

 //函数pin_beep_sample(),使用INIT_APP_EXPORT()进行自动初始化。
 
 INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);
 = INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6")
 = const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample
 
 /*
 表示把函数pin_beep_sample的地址赋值给常量函数指针__rt_init_pin_beep_sample,
 然后放入名称为".rti_fn.6"的数据段中。
(其中init_fn_t是一个函数指针类型,原型为typedef int (*init_fn_t)(void)。)
*/

表示把函数 pin_beep_sample 的地址赋值给常量函数指针__rt_init_pin_beep_sample,然后放入名称为 ".rti_fn.6" 的数据段中。
( 其中 init_fn_t 是一个函数指针类型,原型为 typedef int (*init_fn_t)(void)。)

注意被自动初始化的函数类型为:int (*init_fn_t)(void) ,无参,int 返回。

3.2 自动初始化过程

那么上面提到,在启动流程中,调用了两个函数 rt_components_board_init() 与rt_components_init() 就完成了6部分的初始化。从启动流程图中可以看出:rt_components_board_init() 完成了第 1 段, rt_components_init() 完成了第2 到第6 段。

说明:rt_components_board_init()主要board板级的初始化,调度器还未启动,是在系统起来之前做的初始化。所以在使用board级别的初始化时不要使用系统API,如rt_thread_delay()等。rt_components_init()主要是一些组件的初始化及应用初始化,是在main线程中完成的,当调度器启动之后,系统启动开始运行main线程时才会进行的初始化。是线程的运行环境。

3.2.1、两个函数的实现

1、第一个函数 rt_components_board_init() 的实现:

 void rt_components_board_init(void)
 {
     const init_fn_t *fn_ptr;
 
     for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr++)
     {
         (*fn_ptr)();
     }
 #endif
}

非调试模式下rt_components_board_init():for循环会遍历位于__rt_init_rti_board_start 到 __rt_init_rti_board_end 之间保存的函数指针,然后依次执行这些函数。

2、第二个函数 rt_components_init() 的实现:

 void rt_components_init(void)
 {
     const init_fn_t *fn_ptr;
 
     for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr < &__rt_init_rti_end; fn_ptr ++)
     {
         (*fn_ptr)();
     }
 #endif
}

非调试模式下rt_components_init()for循环会遍历位于__rt_init_rti_board_end到 __rt_init_rti_end 之间保存的函数指针,然后依次执行这些函数 。

那么 __rt_init_rti_board_start__rt_init_rti_board_end__rt_init_rti_end是啥?

3.2.2 划分

在系统中,定义了这几个空函数:rti_start、rti_board_startrti_board_end、rti_end。不同的段:0、 0.end 、 1.end 、6.end

static int rti_start(void)
{
    return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_start, "0");
 
static int rti_board_start(void)
{
    return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_board_start, "0.end");

static int rti_board_end(void)
{
    return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_board_end, "1.end");

static int rti_end(void)
{
    return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_end, "6.end");

这几个函数的导出,加上上面 6 个初始化宏的导出,就有了这样一个表格:

可以看出,这4个空函数所导出的段中间,包含着这6个初始化宏定义的段,而这6个段中分别包含着各自宏导出函数时的函数指针。

rt_components_board_init() 完成了第 1 段, rt_components_init() 完成了第2 到第6 段。

1、rt_components_board_init() 完成了第 1 段,也就是初始化了由INIT_BOARD_EXPORT(fn) 的初始化的所有函数,也就是__rt_init_rti_board_start 到__rt_init_rti_board_end 之间的函数指针。

2、rt_components_init() 完成了第2 到第6 段,也就是按顺序初始化了由INIT_PREV_EXPORT(fn) 到 INIT_DEVICE_EXPORT(fn) 到INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)、 INIT_ENV_EXPORT(fn)、 INIT_APP_EXPORT(fn)初始化的所有函数,也就是从 __rt_init_rti_board_end 到 __rt_init_rti_end 之间的函数指针。

所以,当你使用自动初始化导出宏 去初始化一个函数时,是由系统中的这两个函数进行遍历函数指针执行的。

3.2.3、示例

还是上面 INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 的例子。

举例:INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

//函数pin_beep_sample(),使用INIT_APP_EXPORT()进行自动初始化。

INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);
= INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6")
= const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample

/*
表示把函数pin_beep_sample的地址赋值给常量函数指针__rt_init_pin_beep_sample,
然后放入名称为".rti_fn.6"的数据段中。
(其中init_fn_t是一个函数指针类型,原型为typedef int (*init_fn_t)(void)。)
*/

表示把函数 pin_beep_sample 的地址赋值给常量函数指针 __rt_init_pin_beep_sample,然后放入名称为 ".rti_fn.6" 的数据段中。( 其中 init_fn_t 是一个函数指针类型,原型为typedef int (*init_fn_t)(void)。)

在编译后的.map文件中可以查看到:

常量函数指针 __rt_init_pin_beep_sample 位于 .rti_fn.6 段中。

0 条回应