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Rt-Thread 启动流程与组件初始化

news 来源：原创 2024/4/28 10:12:06

1、启动流程

2、程序入口

2.1、入口函数

2.2、用户main函数

3、rtthread_startup()函数

3.1、rt_hw_board_init()函数

4、组件初始化

4.1、INIT_EXPORT宏

4.1.1、未定义RT_USING_COMPONENTS_INIT

4.1.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，未定义RT_DEBUG_INIT

4.1.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，且定义RT_DEBUG_INIT

4.2、INIT_EXPORT实例

4.2.1、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，未定义RT_DEBUG_INIT

4.2.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，且定义RT_DEBUG_INIT

4.3、INIT_XXX_EXPORT宏

4.4、rt_components_board_init()函数

4.5、rt_components_init()函数

1、启动流程

RT-Thread 支持多种平台和多种编译器，而 rtthread_startup() 函数是 RT-Thread 规定的统一启动入口。

2、程序入口

在进入 main() 之前需要进行RT-Thread 系统功能初始化，需要修改入口函数。

2.1、入口函数

#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)
extern int $Super$$main(void);
/* re-define main function */
int $Sub$$main(void)
{
    rtthread_startup();
    return 0;
}
#elif defined(__ICCARM__)
extern int main(void);
/* __low_level_init will auto called by IAR cstartup */
extern void __iar_data_init3(void);
int __low_level_init(void)
{
    // call IAR table copy function.
    __iar_data_init3();
    rtthread_startup();
    return 0;
}
#elif defined(__GNUC__)
/* Add -eentry to arm-none-eabi-gcc argument */
int entry(void)
{
    rtthread_startup();
    return 0;
}
#endif

编译工具	入口函数
MDK	$Sub$$main() 注：使用了 MDK 的扩展功能 $Sub$$ 和$Super$$。可以给 main 添加 $Sub$$ 的前缀符号作为一个新功能函数 $Sub$$main，这个 $Sub$$main 可以先调用一些要补充在 main 之前的功能函数
IAR	__low_level_init()
GCC	entry()

2.2、用户main函数

void main_thread_entry(void *parameter)
{
    extern int main(void);
    extern int $Super$$main(void);

#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    /* RT-Thread components initialization */
    rt_components_init();
#endif
    /* invoke system main function */
#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)
    $Super$$main(); /* for ARMCC. */
#elif defined(__ICCARM__) || defined(__GNUC__)
    main();
#endif
}

编译工具	入口函数
MDK	$Super$$main()
IAR	main()
GCC	main()

3、rtthread_startup()函数

这部分代码，大致可以分为四个部分：

1）初始化与系统相关的硬件；
2）初始化系统内核对象，例如定时器、调度器、信号；
3）创建 main 线程，在 main 线程中对各类模块依次进行初始化；
4）初始化定时器线程、空闲线程，并启动调度器。
详细功能如下：

1）关中断

2）板级初始化，在该函数中初始化堆

3）打印 RT-Thread 版本信息

4）系统定时器系统初始化

5）系统调度器初始化

6）*系统信号量初始化

7）创建应用初始化线程

8）系统定时器线程初始化

9）空闲线程初始化

10）调度器开始调度

int rtthread_startup(void)
{
    rt_hw_interrupt_disable(); //关中断

    rt_hw_board_init(); //板级初始化，在该函数中初始化堆

    rt_show_version(); //显示版本

    rt_system_timer_init(); //系统定时器系统初始化

    rt_system_scheduler_init(); //系统调度器初始化

#ifdef RT_USING_SIGNALS
    rt_system_signal_init(); //如果定义了宏RT_USING_SIGNALS，初始化系统信号量
#endif

    rt_application_init(); //创建应用初始化线程

    rt_system_timer_thread_init(); //系统定时器线程初始化

    rt_thread_idle_init(); //空闲线程初始化

    rt_system_scheduler_start(); //调度器开始调度

    return 0;
}

3.1、rt_hw_board_init()函数

此函数为板级初始化函数(不同板子的初始化函数不同)。

1）系统时钟设置

2）为系统提供心跳

3）*调用rt_components_board_init()函数，进行串口初始化(将系统输入输出终端绑定到这个串口，后续系统运行信息就会从串口打印出来)

4）*调用rt_system_heap_init()函数，进行堆初始化

4、组件初始化

4.1、INIT_EXPORT宏

#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
typedef int (*init_fn_t)(void);
#ifdef _MSC_VER /* we do not support MS VC++ compiler */
    #define INIT_EXPORT(fn, level)
#else
    #if RT_DEBUG_INIT
        struct rt_init_desc
        {
            const char* fn_name;
            const init_fn_t fn;
        };
        #define INIT_EXPORT(fn, level)                                                       \
            const char __rti_##fn##_name[] = #fn;                                            \
            RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_##fn SECTION(".rti_fn." level) = \
            { __rti_##fn##_name, fn};
    #else
        #define INIT_EXPORT(fn, level)                                                       \
            RT_USED const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn." level) = fn
    #endif
#endif
#else
#define INIT_EXPORT(fn, level)
#endif

4.1.1、未定义RT_USING_COMPONENTS_INIT

#define INIT_EXPORT(fn, level)

4.1.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，未定义RT_DEBUG_INIT

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

定义了一个指向fn()函数的函数指针__rt_init_##fn，并将此函数指针定位到".rti_fn."level段。

4.1.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，且定义RT_DEBUG_INIT

struct rt_init_desc
{
    const char* fn_name;
    const init_fn_t fn;
};
#define INIT_EXPORT(fn, level)   \
    const char __rti_##fn##_name[] = #fn;                                            \
    RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_##fn SECTION(".rti_fn." level) = \
            { __rti_##fn##_name, fn};

定义了一个字符数组和一个结构体。

1）__rti_##fn##_name[]字符数组用于保存fn()函数的名称。

2）__rt_init_desc_##fn结构体此结构体有2个成员。并将__rt_init_desc_##fn结构体定位到".rti_fn."level段。

fn_name成员为函数名称，指向__rti_##fn##_name[]字符数组

fn成员为函数指针。指向fn()函数的函数指针，函数指针名为__rt_init_##fn。

4.2、INIT_EXPORT实例

static int rti_start(void)
{
    return 0;
}
INIT_EXPORT(rti_start, "0");

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");

4.2.1、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，未定义RT_DEBUG_INIT

RT_USED const init_fn_t __rt_init_rti_start SECTION(".rti_fn.0") = rti_start
RT_USED const init_fn_t __rt_init_rti_board_start SECTION(".rti_fn.0.end") = rti_board_start
RT_USED const init_fn_t __rt_init_rti_board_end SECTION(".rti_fn.1.end") = rti_board_end
RT_USED const init_fn_t __rt_init_rti_end SECTION(".rti_fn.6.end") = rti_end

函数指针	段	函数
__rt_init_rti_start	.rti_fn.0	rti_start()
__rt_init_rti_board_start	.rti_fn.0.end	rti_board_start()
__rt_init_rti_board_end	.rti_fn.1.end	rti_board_end()
__rt_init_rti_end	.rti_fn.6.end	rti_end()

4.2.2、定义RT_USING_COMPONENTS_INIT，且定义RT_DEBUG_INIT

const char __rti_rti_start_name[] = "rti_start";                                            
RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_rti_start SECTION(".rti_fn.0") = \
 { __rti_rti_start_name, rti_start};

const char __rti_rti_board_start_name[] = "rti_board_start";                                            
RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_rti_board_start SECTION(".rti_fn.0.end") = \
 { __rti_rti_board_start_name, rti_board_start};

const char __rti_rti_board_end_name[] = "rti_board_end";                                            
RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_rti_board_end SECTION(".rti_fn.1.end") = \
 { __rti_rti_board_end_name, rti_board_end};

const char __rti_rti_board_rti_end_name[] = "rti_end";                                            
RT_USED const struct rt_init_desc __rt_init_desc_rti_end SECTION(".rti_fn.6.end") = \
 { __rti_rti_end_name, rti_end};

数组	字符串
__rti_rti_start_name[]	"rti_start"
__rti_rti_board_start_name[]	"rti_board_start"
__rti_rti_board_end_name[]	"rti_board_end"
__rti_rti_board_rti_end_name[]	"rti_end"

结构体	段	成员	函数
__rt_init_rti_start	.rti_fn.0	fn_name	__rti_rti_start_name[]
__rt_init_rti_start	.rti_fn.0	fn	rti_start()
__rt_init_rti_board_start	.rti_fn.0.end	fn_name	__rti_rti_board_start_name[]
__rt_init_rti_board_start	.rti_fn.0.end	fn	rti_board_start()
__rt_init_rti_board_end	.rti_fn.1.end	fn_name	__rti_rti_board_end_name[]
__rt_init_rti_board_end	.rti_fn.1.end	fn	rti_board_end()
__rt_init_rti_end	.rti_fn.6.end	fn_name	__rti_rti_board_rti_end_name[]
__rt_init_rti_end	.rti_fn.6.end	fn	rti_end()

4.3、INIT_XXX_EXPORT宏

/* 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")

宏	段
INIT_BOARD_EXPORT	.rti_fn.1
INIT_PREV_EXPORT	.rti_fn.2
INIT_DEVICE_EXPORT	.rti_fn.3
INIT_COMPONENT_EXPORT	.rti_fn.4
INIT_ENV_EXPORT	.rti_fn.5
INIT_APP_EXPORT	.rti_fn.6

4.4、rt_components_board_init()函数

此函数用于板级组件初始化(调用.rti_fn.0.end段到.rti_fn.1.end段的函数)。一般为BOARD_EXPORT()宏定义的函数指针指向的函数(一般为串口初始化函数)。

__rt_init_rti_board_start位于.rti_fn.0.end段，__rt_init_rti_board_end位于.rti_fn.1.end段。

void rt_components_board_init(void)
{
#if RT_DEBUG_INIT
    int result;
    const struct rt_init_desc *desc;
    for (desc = &__rt_init_desc_rti_board_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
    volatile 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
}

4.5、rt_components_init()函数

此函数用于组件初始化(调用.rti_fn.1.end段到.rti_fn.6.end段的函数)。一般为DEVICE_EXPORT()、COMPONENT_EXPORT(),FS_EXPORT(),ENV_EXPORT(),APP_EXPORT()宏定义的函数指针指向的函数。

__rt_init_rti_board_end位于.rti_fn.1.end段，__rt_init_rti_end位于.rti_fn.6.end段。

void rt_components_init(void)
{
#if RT_DEBUG_INIT
    int result;
    const struct rt_init_desc *desc;

    rt_kprintf("do components initialization.\n");
    for (desc = &__rt_init_desc_rti_board_end; desc < &__rt_init_desc_rti_end; desc ++)
    {
        rt_kprintf("initialize %s", desc->fn_name);
        result = desc->fn();
        rt_kprintf(":%d done\n", result);
    }
#else
    volatile 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
}