一文詳解RT-Thread自動初始化

2021-01-04 電子發燒友

一、前言

在學RT-Thread時，經常能聽到這個詞：自動初始化。用起來也非常容易，一個宏就解決了，但是原理是什麼呢？官網文檔提及到了，

（他們的文檔在這裡：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/#rt-thread_3），但是寫的只是概念層面上的，看完後會使用但原理還是不太清楚。之前研究過，今天把它總結下，寫出來分享。

1.1、一般情況的初始化調用

一般情況下，系統中的初始化會這樣做，應該再熟悉不過了：

1//偽代碼 2 3void main(void) 4{ 5    uart_init(); 6    led_init(); 7    ... 8 910    while(1)11    {12        //func113        //func214    }15}

這樣的顯式調用初始化函數，有時可能多達 十幾到幾十 個，看起來非常非常繁雜。但是好像沒啥問題，因為已經看習慣了。

1.2 使用自動初始化後

舉例一個自動初始化的用法如下：

1//這是led.c文件23void led_init(void)4{5    //省略6}7INIT_APP_EXPORT(led_init)1//這是 main.c 文件2int main(void)3{45}

這樣，使用一個宏，初始化函數就會被自動初始化，不用在其他地方顯式調用 led_init() 。代碼瞬間清爽很多。

二、引入

當然也不用擔心一個初始化必須在另一個初始化之前的問題，因為這裡有6個自動初始化等級可供選擇。

我摳了一張RT-Thread官網文檔的圖，該圖是RT-Thread代碼的啟動流程圖，該圖中的藍色方框部分就是自動初始化的6個等級以及初始化的先後順序。從圖中可以看出這6部分的初始化是由函數 rt_components_board_init() 與 rt_components_init() 完成的。

在一開始的例子中， INIT_APP_EXPORT(led_init) 就位於最後一個方框的位置，屬於applications init functions。

那麼其他等級分別對應什麼宏進行初始化的？看下面的表格：

三、自動初始化原理

3.1 6個自動初始化宏的定義

查看源碼，這 6 個宏定義如下：（ 不同的段：1 2 3 4 5 6 ）

1/* board init routines will be called in board_init() function */ 2#define INIT_BOARD_EXPORT(fn)           INIT_EXPORT(fn, "1") 3 4/* pre/device/component/env/app init routines will be called in init_thread */ 5/* components pre-initialization (pure software initilization) */ 6#define INIT_PREV_EXPORT(fn)            INIT_EXPORT(fn, "2") 7/* device initialization */ 8#define INIT_DEVICE_EXPORT(fn)          INIT_EXPORT(fn, "3") 9/* components initialization (dfs, lwip, ...) */10#define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)       INIT_EXPORT(fn, "4")11/* environment initialization (mount disk, ...) */12#define INIT_ENV_EXPORT(fn)             INIT_EXPORT(fn, "5")13/* appliation initialization (rtgui application etc ...) */14#define INIT_APP_EXPORT(fn)             INIT_EXPORT(fn, "6")

INIT_EXPORT(fn, level) 表示這個函數 fn 現在屬於哪個初始化 level 段， 由 SECTION(".rti_fn."level) 進行定義。

1#define INIT_EXPORT(fn, level)2            RT_USED const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn

而 SECTION(x) 是：

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

__attribute__((section("name"))) ：將作用的函數或數據放入指定名為"name"的輸入段中。（在不同的編譯器中實現的方式也有所不同。）

以上就是整個的宏定義作用就是將函數 fn 的地址賦給一個 __rt_init_fn 的指針，然後放入相應 level 的數據段中。所以函數使用自動初始化宏導出後，這些數據段中就會存儲指向各個初始化函數的指針。

舉例：INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

1//函數pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()進行自動初始化。 2 3INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 4= INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6") 5= const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample 6 7/* 8表示把函數pin_beep_sample的地址賦值給常量函數指針__rt_init_pin_beep_sample， 9然後放入名稱為".rti_fn.6"的數據段中。10（其中init_fn_t是一個函數指針類型，原型為typedef int (*init_fn_t)(void)。）11*/

表示把函數 pin_beep_sample 的地址賦值給常量函數指針 __rt_init_pin_beep_sample，然後放入名稱為 ".rti_fn.6" 的數據段中。（ 其中 init_fn_t 是一個函數指針類型，原型為 typedef int (*init_fn_t)(void)。）

注意被自動初始化的函數類型為：int (*init_fn_t)(void) ，無參，int 返回。

3.2 自動初始化過程

那麼上面提到，在啟動流程中，調用了兩個函數 rt_components_board_init() 與 rt_components_init() 就完成了6部分的初始化。從啟動流程圖中可以看出：rt_components_board_init() 完成了第 1 段， rt_components_init() 完成了第2 到第6 段。

說明：rt_components_board_init()主要board板級的初始化，調度器還未啟動，是在系統起來之前做的初始化。所以在使用board級別的初始化時不要使用系統API，如rt_thread_delay()等。rt_components_init()主要是一些組件的初始化及應用初始化，是在main線程中完成的，當調度器啟動之後，系統啟動開始運行main線程時才會進行的初始化。是線程的運行環境。

3.2.1、兩個函數的實現

1、第一個函數 rt_components_board_init() 的實現：

1void rt_components_board_init(void) 2{ 3    const init_fn_t *fn_ptr; 4 5    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_start; fn_ptr 

非調試模式下rt_components_board_init()：for循環會遍歷位於__rt_init_rti_board_start 到 __rt_init_rti_board_end 之間保存的函數指針，然後依次執行這些函數。

2、第二個函數 rt_components_init() 的實現：

1void rt_components_init(void) 2{ 3    const init_fn_t *fn_ptr; 4 5    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr 

非調試模式下rt_components_init()：for循環會遍歷位於__rt_init_rti_board_end 到 __rt_init_rti_end 之間保存的函數指針，然後依次執行這些函數 。

那麼 __rt_init_rti_board_start、__rt_init_rti_board_end、__rt_init_rti_end 是啥？

3.2.2 劃分

在系統中，定義了這幾個空函數：rti_start、rti_board_start、rti_board_end、rti_end。不同的段：0、 0.end 、 1.end 、6.end

1static int rti_start(void) 2{ 3    return 0; 4} 5INIT_EXPORT(rti_start, "0"); 6 7static int rti_board_start(void) 8{ 9    return 0;10}11INIT_EXPORT(rti_board_start, "0.end");1213static int rti_board_end(void)14{15    return 0;16}17INIT_EXPORT(rti_board_end, "1.end");1819static int rti_end(void)20{21    return 0;22}23INIT_EXPORT(rti_end, "6.end");

這幾個函數的導出，加上上面 6 個初始化宏的導出，就有了這樣一個表格：

可以看出，這4個空函數所導出的段中間，包含著這6個初始化宏定義的段，而這6個段中分別包含著各自宏導出函數時的函數指針。

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) 的初始化的所有函數，也就是__rt_init_rti_board_start 到 __rt_init_rti_board_end 之間的函數指針。

2、rt_components_init() 完成了第2 到第6 段，也就是按順序初始化了由 INIT_PREV_EXPORT(fn) 到 INIT_DEVICE_EXPORT(fn) 到 INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)、 INIT_ENV_EXPORT(fn)、 INIT_APP_EXPORT(fn)初始化的所有函數，也就是從 __rt_init_rti_board_end 到 __rt_init_rti_end 之間的函數指針。

所以，當你使用自動初始化導出宏 去初始化一個函數時，是由系統中的這兩個函數進行遍歷函數指針執行的。

3.2.3、示例

還是上面 INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 的例子。

舉例：INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

1//函數pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()進行自動初始化。 2 3INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 4= INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6") 5= const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample 6 7/* 8表示把函數pin_beep_sample的地址賦值給常量函數指針__rt_init_pin_beep_sample， 9然後放入名稱為".rti_fn.6"的數據段中。10（其中init_fn_t是一個函數指針類型，原型為typedef int (*init_fn_t)(void)。）11*/

表示把函數 pin_beep_sample 的地址賦值給常量函數指針 __rt_init_pin_beep_sample，然後放入名稱為 ".rti_fn.6" 的數據段中。（ 其中 init_fn_t 是一個函數指針類型，原型為 typedef int (*init_fn_t)(void)。）

在編譯後的.map文件中可以查看到：

常量函數指針 __rt_init_pin_beep_sample 位於 .rti_fn.6 段中。

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