技术干货！裸机系统自动初始化详解

正点原子运营 · 发表于 2021-7-6 16:57:55

本帖最后由正点原子运营于 2021-11-1 10:43 编辑

以下文章摘自微信公众号——开源电子网《STM32开发中常用的C语言知识点》
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裸机系统自动初始化详解

1.1 自动初始简介

自动初始化机制是指初始化函数不需要被显式调用，只需要在函数定义处通过宏定义的方式进行申明，就会在系统启动过程中被执行。

例如我们在裸机上初始化各个外设时，一般把初始化函数放到main函数中，那么造成代码篇幅过长，为了解决这个问题，RT_thread和OneOS也是用了自动初始化机制，这样有利于代码简洁和整体上比较模块化，在传统裸机上，初始化是使用如下几个方式来初始化函数：

第一种：全部放置在main函数里面定义，如以下源码所示：

int main(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(72); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
beep_init(); /* 蜂鸣器初始化 */
norflash_init(); /* 初始化NORFLASH */
my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部SRAM内存池 */
while(1)
{
;
}
}

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第二种方式：

<font size="4">void _init(void)
{
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);
/* 设置时钟, 72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(72); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
key_init(); /* 初始化按键 */
beep_init(); /* 蜂鸣器初始化 */
norflash_init(); /* 初始化NORFLASH */
</font><div><font size="4">　　</font></div>

复制代码

上述两种初始化方式也是导致初始化代码篇幅过长，小编参考了Rt-thread和OneOS的自动初始化，我觉得它们这样初始化函数比较合理，可以使用于我们平常代码规范编写。

　
1.2 自动初始化原理

自动初始化原理也是挺简单理解的，简单来说，就是遍历初始化函数的地址，然后执行到该地址时就会调用该地址的初始化函数，首先我们定义一个地址区域，该地址区域就是存放我们的初始化函数地址的区域，如以下源码所示：

static int32_t lv_device_init_start(void)
{
return 0;
}
LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_start, "1.", "");
static int lv_device_init_end(void)
{
return 0;
}
LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_end, "1.end", "");

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上述源码表示：定义两个地址，分别为外设初始化开始地址，外设初始化结束地址，首先关注重要的函数是以下两个函数

<font size="4">LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_start, "1.", "");
</font><div><font size="4">LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_end, "1.end", "");</font></div>

复制代码

上述的函数可以在某个头文件定义，如以下源码所示：

typedef signed int lv_int32_t;
typedef lv_int32_t lv_err_t;
typedef lv_err_t (*lv_init_fn_t)(void);
#define LV_INIT_PRIO_HIGH "1"
#define LV_INIT_PRIO_MIDDLE "2"
#define LV_INIT_PRIO_LOW "3"
#define LV_SECTION(x) __attribute__((section(x)))
#define LV_USED __attribute__((used))
#define LV_INIT_EXPORT(lv_fn, lv_level, lv_sublevel)
\
LV_USED const lv_init_fn_t _lv_call_##lv_fn \
LV_SECTION(".init_call." lv_level lv_sublevel) = lv_fn

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　　下面我们来分析自动初始化机制的原理，首先我们注意一个代码段，如以下所示：

#define LV_SECTION(x) __attribute__((section(x)))

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__attribute__((section(x)))的代码段定义的是x存储函数地址或者变量地址，然后LV_SECTION(".init_call." lv_level lv_sublevel) = fn代码段表示“.init_call.1.” = fn，注意：x = “.init_call.1.”，所以“.init_call.1.”字符串指向fn(fn就是函数地址)。
“##”在c语言中必表示字符串连接符，所以我们得出以下代码：

LV_USED const lv_init_fn_t_lv_call_lv_device_int_start".int_call.1."

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同理，LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_end, "1.end", "");也是一样的操作，所以得到以下代码：

LV_USED const lv_init_fn_t _lv_call_lv_device_init_end “.init_call.1.end”

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1. 3自动初始化示例

　　在裸机系统中，我们怎么制作自动初始化机制呢，首先我们在外设初始化函数中略加修改，例如led_init()函数，如以下源码所示：

void led_init(void)
{
/* 定义引脚的函数…此处省略 */
}
　　如果使用自动初始化，那么led_init()函数需要修改，如以下源码所示:
static int led_init(void)
{
/* 定义引脚的函数…此处省略 */
return 0;
}
LV_DEVICE_INIT(led_init, LV_INIT_PRIO_LOW);
　　注意：必须return0，下面调用LV_DEVICE_INIT()外设初始化，其他外设也是一样的道理.
　　1.遍历初始化函数，如以下源码所示：
static lv_err_t _k_device_auto_init(void)
{
const lv_init_fn_t *lv_fn_ptr_init_start;
/* 开始地址 */
const lv_init_fn_t *lv_fn_ptr_init_end;
/* 结束地址 */
const lv_init_fn_t *lv_fn_ptr;
/* 当前地址 */
lv_err_t ret;
/* 获取初始化开始地址 */
lv_fn_ptr_init_start = &_lv_call_lv_device_init_start + 1;
/* 获取初始化结束地址 */
lv_fn_ptr_init_end = &_lv_call_lv_device_init_end - 1;
for (lv_fn_ptr = lv_fn_ptr_init_start;
lv_fn_ptr <= lv_fn_ptr_init_end;
lv_fn_ptr++)
/* 遍历地址 */
{
ret = (*lv_fn_ptr)();
/* 执行地址的函数 */
if (ret != 0)
{
return ret;
}
}
return 0;
}

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从上述源码可知：初始化开始地址不正是LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_start,"1.", "");函数吗，而初始化结束地址不正是LV_INIT_EXPORT(lv_device_init_end,"1.end", "");，然后我们把led_init()函数地址插入这地址区域中，如下图所示：