一文详解RT-Thread自动初始化

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：

1//伪代码 2 3void main(void) 4{ 5    uart_init(); 6    led_init(); 7    ... 8 910    while(1)11    {12        //func113        //func214    }15}

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：

1//这是led.c文件23void led_init(void)4{5    //省略6}7INIT_APP_EXPORT(led_init)1//这是 main.c 文件2int main(void)3{45}

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。

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：

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 ）

1/* board init routines will be called in board_init() function */ 2#define INIT_BOARD_EXPORT(fn)           INIT_EXPORT(fn, "1") 3 4/* pre/device/component/env/app init routines will be called in init_thread */ 5/* components pre-initialization (pure software initilization) */ 6#define INIT_PREV_EXPORT(fn)            INIT_EXPORT(fn, "2") 7/* device initialization */ 8#define INIT_DEVICE_EXPORT(fn)          INIT_EXPORT(fn, "3") 9/* components initialization (dfs, lwip, ...) */10#define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn)       INIT_EXPORT(fn, "4")11/* environment initialization (mount disk, ...) */12#define INIT_ENV_EXPORT(fn)             INIT_EXPORT(fn, "5")13/* appliation initialization (rtgui application etc ...) */14#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。

1#define INIT_EXPORT(fn, level)2            RT_USED const init_fn_t __rt_init_##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn

而 SECTION(x) 是：

1#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);

1//函数pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()进行自动初始化。 2 3INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 4= INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6") 5= const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample 6 7/* 8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， 9然后放入名称为".rti_fn.6"的数据段中。10（其中init_fn_t是一个函数指针类型，原型为typedef int (*init_fn_t)(void)。）11*/

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：

1void rt_components_board_init(void) 2{ 3    const init_fn_t *fn_ptr; 4 5    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr++) 6    { 7        (*fn_ptr)(); 8    } 9#endif10}

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：

1void rt_components_init(void) 2{ 3    const init_fn_t *fn_ptr; 4 5    for (fn_ptr = &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr < &__rt_init_rti_end; fn_ptr ++) 6    { 7        (*fn_ptr)(); 8    } 9#endif10}

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

1static int rti_start(void) 2{ 3    return 0; 4} 5INIT_EXPORT(rti_start, "0"); 6 7static int rti_board_start(void) 8{ 9    return 0;10}11INIT_EXPORT(rti_board_start, "0.end");1213static int rti_board_end(void)14{15    return 0;16}17INIT_EXPORT(rti_board_end, "1.end");1819static int rti_end(void)20{21    return 0;22}23INIT_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：

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。

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);

1//函数pin_beep_sample()，使用INIT_APP_EXPORT()进行自动初始化。 2 3INIT_APP_EXPORT(pin_beep_sample); 4= INIT_EXPORT(pin_beep_sample, "6") 5= const init_fn_t __rt_init_pin_beep_sample SECTION(".rti_fn.""6") = pin_beep_sample 6 7/* 8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， 9然后放入名称为".rti_fn.6"的数据段中。10（其中init_fn_t是一个函数指针类型，原型为typedef int (*init_fn_t)(void)。）11*/

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。