MCU上实现initcall机制#

类似于linux驱动模块框架module_init(init_fun)，该方法在Linux内核中叫做“initcall机制”。

1. 设计思想#

利用编译器的特性，在程序编译时将各模块初始化函数顺序存放到内存的指定地址，然后在程序运行时，从这块内存区域中依次调用各模块的初始化函数，自动完成各个模块的初始化工作，增强了程序的高内聚低耦合特性，提高了软件的质量。

试验环境：#

工具链：Keil5
开发板：STM32F103ZE

2. 修改链接脚本#

修改链接脚本的目的是：新定义一个“程序段”，该段用来存放各个模块的初始化函数（指针）。

首先我们看一下原本的链接脚本。

在Keil中新建一个工程，编译后在工程目录下的Objects文件夹中会自动生成一个以.sct结尾的链接脚本，其内容如下：

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }

  ; 此区域(RW_IRAM1)使用所有的内存（64KB）
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00010000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

下面我们在链接脚本中新增加一个RW_IRAM2段，并且设置RW_IRAM1段大小为48K，RW_IRAM2段大小为16K。

RW_IRAM2段（0x2000c000~0x00004000）用来顺序存放各模块的初始化函数，该段在STM32运行时会被放到相应的内存区域。

示例源码如下：

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************
LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }

  ;RW_IRAM1为48K，供应用程序使用
  RW_IRAM1 0x20000000 0x0000c000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }

  ;RW_IRAM2为16K，用于存放各个模块的初始化函数
  RW_IRAM2 0x2000c000 0x00004000  {  ; RW data
   *.o(RAMCODE)
  }
}

对于只读的变量也可以将其存放到Flash，只需将段地址改为Flash的地址（0x08000000~0x00080000）即可。

更详细的ARM Compiler链接脚本语法，请查阅ARM官方文档：

Scatter File Syntax

友情提示：keil中链接脚本的修改方法如下图所示：

上述操作之后，链接脚本文件将会在Keil的编辑器中被打开。

3. 将指定的函数存放到指定的程序段#

上面我们对STM32的内存进行了分配（链接脚本中的分段），16K大小的RW_IRAM2内存区域将被用来存储初始化函数，那么怎么才能将指定的函数放进这个区域呢？

3.1 实现方法#

// 初始化函数的原型，函数原型可根据实际需求调整
typedef void (*init_function_list)(uint8_t taskID);

// 通过MODULE_INIT(func)，func函数在编译时将会被链接到RAMCODE内存区，既我们为初始化函数预先分配的内存区域
#define _init __attribute__((used, section("RAMCODE")))
#define MODULE_INIT(func) init_function_list _fn_##func _init = func

3.2 解释#

// 将指定的代码放到指定的段
__attribute__((section("section_name")))

// 告诉编译器不要优化该代码，即使它没有被引用
__attribute__((used))

// 这两个属性可以一起使用
__attribute__((used, section("RAMCODE")))

// 展开宏MODULE_INIT(func)
// 其实就是声明一个init_function_list类型的函数指针_fn_func；
// 并且使用__attribute__((used, section("RAMCODE")))修饰指针变量_fn_func，使该变量保存在"RAMCODE"段；
// 然后_fn_func = func。
init_function_list _fn_func __attribute__((used, section("RAMCODE"))) =  func

更详细的信息请查阅ARM官方文档，相关链接如下：

__attribute__((section("name"))) function attribute

__attribute__((used)) function attribute

3.3 存放的顺序#

因为该方法是利用编译器的特性，所以当有多个MODULE_INIT(func)时，先被编译的将存放在前面（低地址）。

但是模块的初始化有顺序要求怎么办？

有时一个模块的正常使用必须在某个模块初始化之后，比如一个模块需要打印Log，那么Log模块必须在它之前被初始化。怎么解决了？

其实很简单，在调用初始化函数时，我们是根据内存地址顺序调用的，那么将Log模块的初始化函数放在其前面就可以了。

在Keil中可以这么做：

还有一种方法就是，分为多个初始化函数程序段，比如：

RAMCODE1
RAMCODE2
RAMCODE3
RAMCODE4

将需要先初始化的模块放到靠前的程序段中。

在程序运行的时候，先调用RAMCODE1段中的初始化函数，然后调用RAMCODE2段中的初始化函数，依次执行。

小编有话说：

MODULE_INIT(func)方法（或者说initcall机制），主要是应用于各个独立模块的初始化，其初衷就是为了降低耦合。如果在设计程序时各个初始化模块依然相互依赖，那么就违背了我们的初衷（即使可以通过编译顺序解决），所以在设计程序时一定要注意。

4. 统一调用初始化函数#

将所有的初始化函数都写进特定内存区域后，我们只需知道这个区域的起止地址，就可以统一遍历调用所有的初始化函数，从而实现对各个模块的初始化。

typedef void (*init_function_list)(uint8_t taskID);

void do_init(void)
{
    uint8_t taskID = 0;
    init_function_list *call = (init_function_list *)&Image$$RW_IRAM2$$Base;  // RW_IRAM2段的起始地址
    init_function_list *end = (init_function_list *)&Image$$RW_IRAM2$$Limit;  // RW_IRAM2段的结束地址
  do
    {
        (*call)(taskID++);
        call++;
    }while(call < end);
}

关于ARM链接器标号的更多信息，请查阅ARM官方文档：

Image$$ execution region symbols

5. 使用举例#

Talk is cheap. Show me the code.

完整示例工程源码请点击下载

module1.c,module2.c,module3.c 为3个独立的模块，其初始化函数都为内部函数(使用static修饰)，符合高内聚低耦合的软件设计思想
main.c中，do_init函数直接通过初始化函数的内存地址，对初始化函数逐个进行调用

简单示例代码如下：

module1.c

static void module1_init(uint8_t taskID)
{
    // write your code ...
}

MODULE_INIT(module1_init);

module2.c

static void module2_init(uint8_t taskID)
{
    // write your code ...
}

MODULE_INIT(module2_init);

module3.c

static void module3_init(uint8_t taskID)
{
    // write your code ...
}

MODULE_INIT(module3_init);

main.c

void do_init(void)
{
    uint8_t taskID = 0;
    init_function_list *call = (init_function_list *)&Image$$RW_IRAM2$$Base;
    init_function_list *end = (init_function_list *)&Image$$RW_IRAM2$$Limit;
  do
    {
        (*call)(taskID++);
        call++;
    }while(call < end);
}


int main()
{
    // init all module in the function 
    do_init();

    // write your code ...

    while(1)
    {
        // write your code ...
    }
}

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