RT-thread组件初始化代码分析

RT-thread提供了组件化功能，具体实现是在components/init文件夹下components.c文件中实现的。应用组件化功能首先在rtconfig.h中添加宏定义#define RT_USING_COMPONENTS_INIT；若需要启用调试模式，则还要添加#define RT_DEBUG_INIT 1。

void rt_components_board_init(void)
{
#ifndef _MSC_VER
#if RT_DEBUG_INIT                      //启用初始化调试模式，主要目的为将各个组件初始化的状态通过串口打印到PC端（在rtconfig.h中宏定义为1）
    int result;
    const struct rt_init_desc *desc;   //rt_init_desc是在rtdef.h中定义的结构体类型
    for (desc = &__rt_init_desc_rti_start; desc < &__rt_init_desc_rti_board_end; desc ++)
    {
        rt_kprintf("initialize %s", desc->fn_name);
        result = desc->fn();
        rt_kprintf(":%d done\n", result);
    }
#else
    const init_fn_t *fn_ptr;
    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr++)
    {
        (*fn_ptr)();
    }
#endif
#endif
}

void rt_components_init(void)
{
#ifndef _MSC_VER
#if RT_DEBUG_INIT                    //启用初始化调试模式
    int result;
    const struct rt_init_desc *desc; //rt_init_desc为在rtdef.h中定义的结构体类型，这里定义了指向该结构体类型的指针变量

    rt_kprintf("do components intialization.\n");
    for (desc = &__rt_init_desc_rti_board_end; desc < &__rt_init_desc_rti_end; desc ++) //注意这里的 & 符号
    {
        rt_kprintf("initialize %s", desc->fn_name);
        result = desc->fn();
        rt_kprintf(":%d done\n", result);
    }
#else
    const init_fn_t *fn_ptr;       //定义指向该函数类型的指针，函数指针变量fn_ptr指向的是初始化函数首地址，fn_ptr本身并不代表初始化函数首地址
    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr < &__rt_init_rti_end; fn_ptr ++)     //注意这里的 & 符号
    {
        (*fn_ptr)();               //从函数指针中取出初始化函数首地址（函数名）并进行初始化
    }
#endif
#else
#ifdef RT_USING_MODULE
    rt_system_module_init();
#endif

#ifdef RT_USING_FINSH
    /* initialize finsh */
    finsh_system_init();
    finsh_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif

#ifdef RT_USING_LWIP
    /* initialize lwip stack */
    /* register ethernetif device */
    eth_system_device_init();

    /* initialize lwip system */
    lwip_system_init();
    rt_kprintf("TCP/IP initialized!\n");
#endif

#ifdef RT_USING_DFS
    /* initialize the device file system */
    dfs_init();

#ifdef RT_USING_DFS_ELMFAT
    /* initialize the elm chan FatFS file system*/
    elm_init();
#endif

#if defined(RT_USING_DFS_NFS) && defined(RT_USING_LWIP)
    /* initialize NFSv3 client file system */
    nfs_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_YAFFS2
    dfs_yaffs2_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_UFFS
    dfs_uffs_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_JFFS2
    dfs_jffs2_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_ROMFS
    dfs_romfs_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_RAMFS
    dfs_ramfs_init();
#endif

#ifdef RT_USING_DFS_DEVFS
    devfs_init();
#endif
#endif /* end of RT_USING_DFS */

#ifdef RT_USING_NEWLIB
    libc_system_init(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#else
    /* the pthread system initialization will be initiallized in libc */
#ifdef RT_USING_PTHREADS 
    pthread_system_init();
#endif
#endif

#ifdef RT_USING_RTGUI
    rtgui_system_server_init();
#endif

#ifdef RT_USING_USB_HOST
    rt_usb_host_init();
#endif
#endif
}

 上面代码红色粗体是组件初始化的入口，是一个函数指针。init_fn_t 的定义在rtdef.h中，如下所示：

/* initialization export */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT //在rtconfig.h中进行宏定义，则启用RT-thread的组件初始化功能
typedef int (*init_fn_t)(void); //对指向int ()(void)函数类型的指针类型取别名init_fn_t。 利用这个别名可定义指向该函数类型的指针，也可用于直接定义该类型的函数名
#ifdef _MSC_VER /* we do not support MS VC++ compiler *///这里没有采用microsoft VC++ complier
    #define INIT_EXPORT(fn, level)
#else
    #if RT_DEBUG_INIT           //启用初始化调试模式
        struct rt_init_desc
        {
            const char* fn_name;
            const init_fn_t fn;                                         //这里定义的fn并不是函数指针，而是直接定义函数名
        };
        #define INIT_EXPORT(fn, level)          \
            const char __rti_##fn##_name[] = #fn; \                       //C语言中#连接符是把传递过来的参数当成字符串进行替代
            const struct rt_init_desc __rt_init_desc_##fn SECTION(".rti_fn."level) = \   //定义结构体变量__rt_init_desc_##fn
            { __rti_##fn##_name, fn};
    #else
        #define INIT_EXPORT(fn, level)  \
            const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn //这里定义的__rt_init_##fn并不是函数指针，而是直接定义函数名
    #endif
#endif
#else
#define INIT_EXPORT(fn, level)
#endif

/* board init routines will be called in board_init() function */
#define INIT_BOARD_EXPORT(fn)           INIT_EXPORT(fn, "1")
/* device/component/fs/app init routines will be called in init_thread */
/* device initialization */
#define INIT_DEVICE_EXPORT(fn)          INIT_EXPORT(fn, "2")
/* components initialization (dfs, lwip, ...) */
#define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)       INIT_EXPORT(fn, "3")
/* file system initialization (dfs-elm, dfs-rom, ...) */
#define INIT_FS_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")

其中typdef int (*init_fn_t)(void)的意思是定义init_fn_t为指向函数的指针类型，该函数返回int类型值。这样一来，我们对(*init_fn_t)()的意思就清楚了。

INIT_EXPOT(fn,level) 的表达式是const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn，其中##连词符。

      ## 连接符号由两个井号组成，其功能是在带参数的宏定义中将两个子串(token)联接起来，从而形成一个新的子串。但它不可以是第一个或者最后一个子串。所谓的子串(token)就是指编译器能够识别的最小语法单元。具体的定义在编译原理里有详尽的解释，但不知道也无所谓。同时值得注意的是#连接符是把传递过来的参数当成字符串进行替代。

SECTION的定义为：

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

RealView 编译工具 编译器参考指南中给出了下面的解释：

   __attribute__((section("name")))

      通常，ARM 编译器将它生成的对象放在节中，如 data 和 bss。但是，您可能需要使用其他数据节，或者希望变量出现在特殊节中，例如，便于映射到特殊硬件。section 属性指定变量必须放在特定数据节中。如果使用 section 属性，则将只读变量放在 RO 数据节中，而将读写变量放在 RW 数据节中，除非您使用 zero_init 属性。在这种情况下，变量被放在 ZI 节中。到此，意思已经很明了了，编译器可以根据对section("name")中的name指定，可以将它生成的数据放到特定的数据节中。

类似的这样的方式，Linux也提供了一些借鉴，把一个函数的地址（注意是函数地址，而不是函数本身）输出到一个独立的section中，同时按照一定顺序进行排列，例如：
.rti_fn.0
.rti_fn.1
.rti_fn.2
...
.rti_fn.7
这样几个section（这样几个不同的section也给出了排列的顺序）。同时把.rti_fn.0和.rti_fn.7保留给系统使用，分别定义出两个桩放置在这两个点上。

也可以按照RT-Thread的形式定义简化的宏：
typedef int (*init_fn_t)(void);
#define INIT_EXPORT(fn, level)        \
        const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn

#define INIT_BOARD_EXPORT(fn)                INIT_EXPORT(fn, "1")
#define INIT_CPU_EXPORT(fn)                     INIT_EXPORT(fn, "2")
#define INIT_DEVICE_EXPORT(fn)                INIT_EXPORT(fn, "3")
#define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)         INIT_EXPORT(fn, "4")
#define INIT_FS_EXPORT(fn)                       INIT_EXPORT(fn, "5")
#define INIT_APP_EXPORT(fn)                     INIT_EXPORT(fn, "6")
INIT_EXPORT宏用于输出一个函数到初始化序列中，相应的可以定义一些更简化的宏。
这样两个桩可以定义成：
static int rti_start(void)
{
        return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_start, "0");
static int rti_end(void)
{
        return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_end,"7");
根据这两个桩的位置，简化的rt_components_init()函数就可以变成：
void rt_components_init(void)
{
        const init_fn_t* fn_ptr;
        for (fn_ptr = &__rt_init_rti_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_end; )
        {
                (*fn_ptr)();
                fn_ptr ++;
        }
}

事实上，aozima做了工程测试得到了验证。工程编译后,从map文件找到相关部分内容:

InitFuncSym$$Base                   0x00000e18   Number    0init_1.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_1                         0x00000e18   Data         4init_1.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_2                         0x00000e1c   Data         4init_2.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_3                         0x00000e20   Data         4init_3.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_4                         0x00000e24   Data         4init_4.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_5                         0x00000e28   Data         4init_5.o(InitFuncSym)

__rt_init_init_6                         0x00000e2c   Data         4init_6.o(InitFuncSym)

InitFuncSym$$Limit                  0x00000e30   Number    0init_6.o(InitFuncSym)

尽管数据存放在不同的文件,但从这里这可以看到是空间连续分配的。

总之，通过定义

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

可以系统各部分的组件通过INIT_EXPORT(fn,level)放到一个特定代码段当中，简言之，当我们要初始化某个组件时，定义完这个初始化函数后，根据上面宏定义的注释，在其下面接着放一条INIT_XXX_EXPORT(fn)就可以了。相当于一个指定到特定代码段的隐形调用，而且要清楚这个段中是不同组件初始化函数的入口地址，例如：

int my_init_fun(void) {... ...}

INIT_XXX_EXPORT(my_init_fun)

例如在finsh组件shell.c中：

int finsh_system_init(void) {......}

INIT_COMPONENT_EXPORT(finsh_system_init);

注意：定义的初始化函数必须满足输入参数类型为void，返回类型为int，即为typedef int (*init_fn_t)(void)中定义的函数类型。