STM32學(xué)習(xí)筆記之復(fù)位后初始化變量非零方法

一些產(chǎn)品，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后（非上電復(fù)位），可能要求保持住復(fù)位前RAM中的數(shù)據(jù)，用來(lái)快速恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，或者不至于因瞬間復(fù)位而重啟現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。而keil mdk在默認(rèn)情況下，任何形式的復(fù)位都會(huì)將RAM區(qū)的非初始化變量數(shù)據(jù)清零。如何設(shè)置非初始化數(shù)據(jù)變量不被零初始化，這是本篇文章所要探討的。

在給出方法之前，先來(lái)了解一下代碼和數(shù)據(jù)的存放規(guī)則、屬性，以及復(fù)位后為何默認(rèn)非初始化變量所在RAM都被初始化為零了呢。

什么是初始化數(shù)據(jù)變量，什么又是非初始化數(shù)據(jù)變量？（因?yàn)槲业奈淖置枋霾灰欢?zhǔn)確，所以喜歡舉一些例子來(lái)輔助理解文字。）

定義一個(gè)變量：int nTimerCount=20；變量nTimerCount就是初始化變量，也就是已經(jīng)有初值；

如果定義變量：int nTimerCount；變量nTimerCount就是一個(gè)非賦值的變量，Keil MDK默認(rèn)將它放到屬性為ZI的輸入節(jié)。

那么，什么是“ZI”，什么又是“輸入節(jié)”呢？這要了解一下ARM映像文件（image）的組成了，這部分內(nèi)容略顯無(wú)聊，但我認(rèn)為這是非常有必要掌握的。

ARM映像文件的組成:

一個(gè)映像文件由一個(gè)或多個(gè)域（region，也有譯為“區(qū)”）組成

每個(gè)域包含一個(gè)或多個(gè)輸出段（section，也有譯為“節(jié)”）

每個(gè)輸出段包含一個(gè)或多個(gè)輸入段

各個(gè)輸入段包含了目標(biāo)文件中的代碼和數(shù)據(jù)

輸入段中包含了四類(lèi)內(nèi)容：代碼、已經(jīng)初始化的數(shù)據(jù)、未經(jīng)過(guò)初始化的存儲(chǔ)區(qū)域、內(nèi)容初始化為零的存儲(chǔ)區(qū)域。每個(gè)輸入段有相應(yīng)的屬性：只讀的（RO）、可讀寫(xiě)的（RW）以及初始化成零的（ZI）。

一個(gè)輸出段中包含了一些列具有相同的RO、RW和ZI屬性的輸入段。輸出段屬性與其中包含的輸入段屬性相同。

一個(gè)域包含一到三個(gè)輸出段，各個(gè)輸出段的屬性各不相同：RO屬性、RW屬性和ZI屬性

到這里我們就可以知道，一般情況下，代碼會(huì)被放到RO屬性的輸入節(jié)，已經(jīng)初始化的變量會(huì)被分配到RW屬性輸入?yún)^(qū)，而“ZI”屬性輸入節(jié)可以理解為是初始化成零變量的集合。

已經(jīng)初始化變量的初值，會(huì)被放到硬件的哪里呢？（比如定義int nTimerCount=20；那么初始值20被放到哪里呢？），我覺(jué)得這是個(gè)有趣的問(wèn)題，比如keil在編譯完成后，會(huì)給出編譯文件大小的信息，如下所示：

Total RO Size (Code + RO Data) 54520 ( 53.24kB)
Total RW Size (RW Data + ZI Data) 6088 ( 5.95kB)
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 54696 ( 53.41kB)

很多人不知道這是怎么計(jì)算的，也不知道究竟放入ROM/Flash中的代碼有多少。其實(shí)，那些已經(jīng)初始化的變量，是被放入RW屬性的輸入節(jié)中，而這些變量的初值，是被放入ROM/Flash中的。有時(shí)候這些初值的量比較大，Keil還會(huì)將這些初值壓縮后再放入ROM/Flash以節(jié)省存儲(chǔ)空間。那這些初值是誰(shuí)在何時(shí)將它們恢復(fù)到RAM中的？ZI屬性輸入節(jié)中的變量所在RAM又是誰(shuí)在何時(shí)給用零初始化的呢？要了解這些東西，就要看默認(rèn)設(shè)置下，從系統(tǒng)復(fù)位，到執(zhí)行C代碼中你編寫(xiě)的main函數(shù)，Keil幫你做了些什么。

硬件復(fù)位后，第一步是執(zhí)行復(fù)位處理程序，這個(gè)程序的入口在啟動(dòng)代碼里(默認(rèn))，摘錄一段cortex-m3的復(fù)位處理入口代碼：

1:Reset_HandlerPROC;PROC等同于FUNCTION,表示一個(gè)函數(shù)的開(kāi)始,與ENDP相對(duì)?

2:

3:EXPORTReset_Handler[WEAK]

4:IMPORTSystemInit

5:IMPORT__main

6:LDRR0,=SystemInit

7:BLXR0

8:LDRR0,=__main

9:BXR0

10:ENDP

初始化堆棧指針、執(zhí)行完用戶(hù)定義的底層初始化代碼（SystemInit函數(shù)）后,接下來(lái)的代碼調(diào)用了__main函數(shù)，這里__main函數(shù)會(huì)調(diào)用一些列的C庫(kù)函數(shù)，完成代碼和數(shù)據(jù)的復(fù)制、解壓縮以及ZI數(shù)據(jù)的零初始化。數(shù)據(jù)的解壓縮和復(fù)制，其中就包括將儲(chǔ)存在ROM/Flash中的已初始化變量的初值復(fù)制到相應(yīng)的RAM中去。對(duì)于一個(gè)變量，它可能有三種屬性，用const修飾符修飾的變量最可能放在RO屬性區(qū)，已經(jīng)初始化的變量會(huì)放在RW屬性區(qū)，那么剩下的變量就要放到ZI屬性區(qū)了。默認(rèn)情況下，ZI數(shù)據(jù)的零初始化會(huì)將所有ZI數(shù)據(jù)區(qū)初始化為零，這是每次復(fù)位后程序執(zhí)行C代碼的main函數(shù)之前，由編譯器“自作主張”完成的。所以我們要在C代碼中設(shè)置一些變量在復(fù)位后不被零初始化，那一定不能任由編譯器“胡作非為”，我們要用一些規(guī)則，約束一下編譯器。

分散加載文件對(duì)于連接器來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，在分散加載文件中，使用UNINIT來(lái)修飾一個(gè)執(zhí)行節(jié)，可以避免__main對(duì)該區(qū)節(jié)的ZI數(shù)據(jù)進(jìn)行零初始化。這是要解決非零初始化變量的關(guān)鍵。因此我們可以定義一個(gè)UNINIT修飾的數(shù)據(jù)節(jié)，然后將希望非零初始化的變量放入這個(gè)區(qū)域中。于是，就有了第一種方法：

1. 修改分散加載文件，增加一個(gè)名為MYRAM的執(zhí)行節(jié)，該執(zhí)行節(jié)起始地址為0x1000A000，長(zhǎng)度為0x2000字節(jié)（8KB），由UNINIT修飾：

1:LR_IROM10x000000000x00080000{;loadregionsize_region

2:ER_IROM10x000000000x00080000{;loadaddress=executionaddress

3:*.o(RESET,+First)

4:*(InRoot$$Sections)

5:.ANY(+RO)

6:}

7:RW_IRAM10x100000000x0000A000{;RWdata

8:.ANY(+RW+ZI)

9:}

10:MYRAM0x1000A000UNINIT0x00002000{

11:.ANY(NO_INIT)

12:}

13:}

那么，如果在程序中有一個(gè)數(shù)組，你不想讓它復(fù)位后零初始化，就可以這樣來(lái)定義變量：

unsignedcharplc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8]__attribute__((at(0x1000A000)));

變量屬性修飾符__attribute__((at(adder)))用來(lái)將變量強(qiáng)制定位到adder所在地址處。由于地址0x1000A000開(kāi)始的8KB區(qū)域ZI變量不會(huì)被零初始化，所以處在這一區(qū)域的數(shù)組plc_eu_backup也就不會(huì)被零初始化了。

這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：要自己分配變量的地址，如果非零初始化數(shù)據(jù)比較多，這將是件難以想象的大工程（以后的維護(hù)、增加、修改代碼等等）。所以要找到一種辦法，讓編譯器去自動(dòng)分配這一區(qū)域的變量。

2. 分散加載文件同方法1，如果還是定義一個(gè)數(shù)組，可以用下面方法：

unsignedcharplc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8]__attribute__((section("NO_INIT"),zero_init));

變量屬性修飾符__attribute__((section(“name”),zero_init))用于將變量強(qiáng)制定義到name屬性數(shù)據(jù)節(jié)中，zero_init表示將未初始化的變量放到ZI數(shù)據(jù)節(jié)中。因?yàn)椤癗O_INIT”這顯性命名的自定義節(jié)，具有UNINIT屬性。（強(qiáng)烈推薦最簡(jiǎn)單的方法）

3. 如何將一個(gè)模塊內(nèi)的非初始化變量都非零初始化？

假如該模塊名字為test.c，修改分散加載文件如下所示：

1:LR_IROM10x000000000x00080000{;loadregionsize_region

2:ER_IROM10x000000000x00080000{;loadaddress=executionaddress

3:*.o(RESET,+First)

4:*(InRoot$$Sections)

5:.ANY(+RO)

6:}

7:RW_IRAM10x100000000x0000A000{;RWdata

8:.ANY(+RW+ZI)

9:}

10:RW_IRAM20x1000A000UNINIT0x00002000{

11:test.o(+ZI)

12:}

13:}