一、前言

在學RT-Thread時，經常能聽到這個詞：自動初始化。用起來也非常容易，一個宏就解決了，但是原理是什麼呢？

官網文檔提及到了，（他們的文檔在這裏：https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/#rt-thread_3），但是寫的只是概念層面上的，看完後會使用但原理還是不太清楚。之前研究過，今天把它總結下，寫出來分享。

1.1、一般情況的初始化調用

一般情況下，系統中的初始化會這樣做，應該再熟悉不過了：

//僞代碼

void mian(void)
{
    uart_init();
    led_init();
    ...
    
    
    while(1)
    {
        //func1
        //func2
    }
}

這樣的顯式調用初始化函數，有時可能多達十幾到幾十個，看起來非常非常繁雜。但是好像沒啥問題，因爲已經看習慣了。

1.2、使用自動初始化後

舉例一個自動初始化的用法如下：

//這是led文件

void led_init(void)
{
    //省略
}
INIT_APP_EXPORT(led_init)

//這是 main.c 文件
int main(void)
{
    
}

這樣，使用一個宏，初始化函數就會被自動初始化，不用在其他地方顯式調用 led_init() 。代碼瞬間清爽很多。咦~~~有點心動哦~~~怎麼辦

二、引入

當然也不用擔心一個初始化必須在另一個初始化之前的問題，因爲這裏有6個自動初始化等級可供選擇。

我摳了一張RT-Thread官網文檔的圖，該圖是RT-Thread代碼的啓動流程圖，該圖中的藍色方框部分就是自動初始化的6個等級以及初始化的先後順序。從圖中可以看出這6部分的初始化是由函數 rt_components_board_init() 與 rt_components_init() 完成的。

在一開始的例子中， INIT_APP_EXPORT(led_init) 就位於最後一個方框的位置，屬於applications init functions。

那麼其他等級分別對應什麼宏進行初始化的？，看下面的表格：

初始化順序	宏接口	描述
1	INIT_BOARD_EXPORT(fn)	非常早期的初始化，此時調度器還未啓動使用該宏後，fn 將屬於 “board init functions”
2	INIT_PREV_EXPORT(fn)	主要是用於純軟件的初始化、沒有太多依賴的函數使用該宏後，fn 將屬於 “pre-initialization functions”
3	INIT_DEVICE_EXPORT(fn)	外設驅動初始化相關，比如網卡設備使用該宏後，fn 將屬於 “device init functions”
4	INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)	組件初始化，比如文件系統或者 LWIP 使用該宏後，fn 將屬於 “components init functions”
5	INIT_ENV_EXPORT(fn)	系統環境初始化，比如掛載文件系統使用該宏後，fn 將屬於 “enviroment init functions”
6	INIT_APP_EXPORT(fn)	應用初始化，比如 GUI 應用使用該宏後，fn 將屬於 “application init functions”

三、自動初始化原理

3.1、6個自動初始化宏的定義

查看源碼，這 6 個宏定義如下：（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) 表示這個函數 fn 現在屬於哪個初始化 level 段，由 SECTION(".rti_fn."level) 進行定義

#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"))) ：將作用的函數或數據放入指定名爲"name"的輸入段中。（在不同的編譯器中實現的方式也有所不同。）

以上就是整個的宏定義。作用就是將函數 fn 的地址賦給一個 __rt_init_fn 的指針，然後放入相應 level 的數據段中。所以函數使用自動初始化宏導出後，這些數據段中就會存儲指向函數的指針。

舉例：INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

//函數pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()進行自動初始化。

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

/*
表示把函數pin_beep_sample的地址賦值給常量函數指針__rt_init_pin_beep_sample，
然後放入名稱爲".rti_fn.6"的數據段中。
（其中init_fn_t是一個函數指針類型，原型爲typedef int (*init_fn_t)(void)。）
*/

表示把函數 pin_beep_sample 的地址賦值給常量函數指針 __rt_init_pin_beep_sample，然後放入名稱爲 ".rti_fn.6" 的數據段中。（其中 init_fn_t 是一個函數指針類型，原型爲 typedef int (*init_fn_t)(void)。）

注意被自動初始化的函數類型爲： int (*init_fn_t)(void) ，無參，int 返回。

3.2、自動初始化過程

那麼上面提到，在啓動流程中，調用了兩個函數 rt_components_board_init() 與 rt_components_init() 就完成了6部分的初始化。從啓動流程圖中可以看出： rt_components_board_init() 完成了第 1 段， rt_components_init() 完成了第2 到第6 段。

3.2.1、兩個函數的實現

1、第一個函數 rt_components_board_init() 的實現：

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
}

非調試模式下rt_components_board_init()：for循環會遍歷位於__rt_init_rti_board_start 到 __rt_init_rti_board_end 之間保存的函數指針，然後依次執行這些函數。

2、第二個函數 rt_components_init() 的實現：

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
}

非調試模式下rt_components_init()：for循環會遍歷位於__rt_init_rti_board_end 到 __rt_init_rti_end 之間保存的函數指針，然後依次執行這些函數。

那麼 __rt_init_rti_board_start、__rt_init_rti_board_end、__rt_init_rti_end 是啥？

3.2.2、劃分

在系統中，定義了這幾個空函數：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");

這幾個函數的導出，加上上面 6 個初始化宏的導出，就有了這樣一個表格：

段名	函數指針/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，這4個空函數所導出的段中間，包含着這6個初始化宏定義的段，而這6個段中分別包含着各自宏導出函數時的函數指針。

rt_components_board_init() 完成了第 1 段， rt_components_init() 完成了第2 到第6 段。

rt_components_board_init() 完成了第 1 段，也就是初始化了由INIT_BOARD_EXPORT(fn) 的初始化的所有函數，也就是__rt_init_rti_board_start 到 __rt_init_rti_board_end 之間的函數指針。
rt_components_init() 完成了第2 到第6 段，也就是按順序初始化了由 INIT_PREV_EXPORT(fn) 到 INIT_DEVICE_EXPORT(fn) 到 INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)、 INIT_ENV_EXPORT(fn)、 INIT_APP_EXPORT(fn)初始化的所有函數，也就是從 __rt_init_rti_board_end 到 __rt_init_rti_end 之間的函數指針。

所以，當你使用自動初始化導出宏去初始化一個函數時，是由系統中的這兩個函數進行遍歷函數指針執行的。

這下明白了吧~~！

3.2.3、示例

還是上面 INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 的例子。

舉例：INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample);

//函數pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()進行自動初始化。

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

/*
表示把函數pin_beep_sample的地址賦值給常量函數指針__rt_init_pin_beep_sample，
然後放入名稱爲".rti_fn.6"的數據段中。
（其中init_fn_t是一個函數指針類型，原型爲typedef int (*init_fn_t)(void)。）
*/

在編譯後的.map文件中可以查看到：

常量函數指針 __rt_init_pin_beep_sample 位於 .rti_fn.6 段中。

RT-Thread 自動初始化詳解

一、前言

1.1、一般情況的初始化調用

1.2、使用自動初始化後

二、引入

三、自動初始化原理

3.1、6個自動初始化宏的定義

3.2、自動初始化過程

3.2.1、兩個函數的實現

3.2.2、劃分

3.2.3、示例

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