RT-Thread 自动初始化详解

目录

一、前言

1.1、一般情况的初始化调用

1.2、使用自动初始化后

二、引入

三、自动初始化原理

3.1、6个自动初始化宏的定义

3.2、自动初始化过程

3.2.1、两个函数的实现

3.2.2、划分

3.2.3、示例

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一、前言

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

int 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。咦~~~有点心动哦~~~怎么办

 

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：

初始化顺序	宏接口	描述
1	INIT_BOARD_EXPORT(fn)	非常早期的初始化，此时调度器还未启动 使用该宏后，fn 将属于 “board init functions”
2	INIT_PREV_EXPORT(fn)	主要是用于纯软件的初始化、没有太多依赖的函数 使用该宏后，fn 将属于 “pre-initialization functions”
3	INIT_DEVICE_EXPORT(fn)	外设驱动初始化相关，比如网卡设备 使用该宏后，fn 将属于 “device init functions”
4	INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)	组件初始化，比如文件系统或者 LWIP 使用该宏后，fn 将属于 “components init functions”
5	INIT_ENV_EXPORT(fn)	系统环境初始化，比如挂载文件系统 使用该宏后，fn 将属于 “enviroment init functions”
6	INIT_APP_EXPORT(fn)	应用初始化，比如 GUI 应用 使用该宏后，fn 将属于 “application init functions”

 

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_start、rti_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：

段名	函数指针/宏
.rti_fn.0	__rt_init_rti_start
.rti_fn.0.end	__rt_init_rti_board_start
.rti_fn.1	INIT_BOARD_EXPORT(fn)
.rti_fn.1.end	__rt_init_rti_board_end
.rti_fn.2	INIT_PREV_EXPORT(fn)
.rti_fn.3	INIT_DEVICE_EXPORT(fn)
.rti_fn.4	INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)
.rti_fn.5	INIT_ENV_EXPORT(fn)
.rti_fn.6	INIT_APP_EXPORT(fn)
.rti_fn.6.end	__rt_init_rti_end

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。

这下明白了吧~~！

 

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。