写在开始之前
在学习RTT的过程中，它的自动初始化机制一直是笔者很好奇的一点。关于它的资料非常多，但是官方写的过于概念化；而第三方的又往往缺失了一些关键点。在查阅不少资料、源码之后，笔者才基本掌握了它的原理和使用技巧，并将它移植到了一个项目中，于是在这里记录一下。
因为它的用法和介绍网上实在太多了，所以笔者这边就只讲一下原理和注意事项。
一、函数注册
在搜索任意的自动初始化的宏接口可以在 rtdef.h 中找到下面这段代码
/* initialization export */
#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
/* 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")
这段代码配合 Link Script 中的一个配置就完成了自动初始化的全功能。关于 Link Script 的内容我们在最后讲述，先来看看这段神奇的代码。
在分析了源码之后，我们不难发现，它一共分为了三个部分：1.申明函数指针(3)；2.将函数指针放入数组or结构体数组(7-19)；3.申明宏定接口(26+)。
其中，1和3是比较常规的用法，比较有意思的是2，我们逐句对其分析。
第七句：判断是否定义了 RT_DEBUG_INIT ，这是rtt的初始化的debug宏。
第八到第十二句：定义一个结构体，包括一个 const 的字符串指针和一个 cons 的函数指针。
第十三句：定义一个宏接口，fn为函数入口地址，level为启动等级。
第十四句：定义一个 const 的字符串，用于储存函数名称。其中##是C的一种宏，编译器将会在预处理时展开##后的“符号”，形成一个新的“名称” 。
第十五句： RT_USED 是RTT定义的一个宏，其内容为 __attribute__((used)) 。 SECTION 也是 RTT定义的一个宏，其内容为 __attribute__((section(x))) 。
__attribute__((...)) 是GCC和ARM CC的一种机制，括号内(一定要两个括号)内容的不同代表了不同的作用。这里就只讲一下用到的两个参数。
__attribute__((used)) : 它的作用是告诉编译器，我声明的这个符号是需要保留的。
__attribute__((section(x))) : 它的作用是告诉编译器，将作用的函数或数据放入指定名为”x”输入段中。
输入段和输出段是相对于要生成最终的 elf 或 binary 时的 Link 过程说的，Link 过程的输入大都是由源代码编绎生成的目标文件.o，那么这些.o 文件中包含的段相对 link 过程来说就是输入段，而 Link 的输出一般是可执行文件 elf 或库等，这些输出文件中也包含有段，这些输出文件中的段就叫做输出段。
输入段和输出段本来没有什么必然的联系，是互相独立，只是在 Link 过程中，Link 程序会根据一定的规则（这些规则其实来源于 Link Script），将不同的输入段重新组合到不同的输出段中，即使是段的名字，输入段和输出段可以完全不同。
这样，我们就可以知道第十五句的作用是建立一个const的结构体，并在将其的字符串指针指向函数名称+标识符建立的字符串，将其的函数指针指向函数入口。同时申明该结构体为保留，而存放到 .rti_fn.level 的输入段中。
第十七到十八句和第十五句类似，只是将结构体变成了指针。作用如下：定义一个名为 (_rt_init+ 需要自动启的函数名) 的函数指针，将其保存在（.rti_fn.level）数据段中，并声明不使用也不允许编译器将其优化掉。
二、初始化
但是有了上面这些还是不够的，我们需要一个地方调用存在 .rti_fn. 下面的函数。于是，在 components.c 中有如下代码。
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
/*
* Components Initialization will initialize some driver and components as following
* order:
* rti_start --> 0
* BOARD_EXPORT --> 1
* rti_board_end --> 1.end
*
* DEVICE_EXPORT --> 2
* COMPONENT_EXPORT --> 3
* FS_EXPORT --> 4
* ENV_EXPORT --> 5
* APP_EXPORT --> 6
*
* rti_end --> 6.end
*
* These automatically initialization, the driver or component initial function must
* be defined with:
* INIT_BOARD_EXPORT(fn);
* INIT_DEVICE_EXPORT(fn);
* ...
* INIT_APP_EXPORT(fn);
* etc.
*/
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");
/**
* RT-Thread Components Initialization for board
*/
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
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
}
/**
* RT-Thread Components Initialization
*/
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
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
}
#endif /* RT_USING_COMPONENTS_INIT */
看起来很长，但是去除注释和重复代码之后，可以发现它只做了两件事情：
- 定义了四个“桩子”，并将其分别插入了 .rti_fn.0 .rti_fn.0.end .rti_fn.1.end .rti_fn.6.end 中。
- 定义了两个函数，通过从开始桩查到结束桩的方式，依次调用已注册的初始化函数。
到这里，好像RTT的自动初始化已经讲完了。大部分第三方资料最多再讲了一下map文件中的排序问题，然后就结束了。但阿绪在将其移植到一个使用裸机的项目中时，出现了链接器抛弃输入端的问题。
关于这点，在本文的上面有过描述。简单的概括就是，输入端和输出端两者间处于有一些关联，但是并不相关。编译器在编译.c文件时，会将已申明的内容保留并放入指定的段中；但链接器在链接的时候，会因为没有显性调用而抛弃该输入段。于是，就有了第三个关键点。
三、Link Script
在有了上面两件事情还不够，RTT还在 Link Script 中的 .text: 段中加入了这样一段话。
/* section information for initialization */
. = ALIGN(4);
__rt_init_start = .;
KEEP(*(SORT(.rti_fn*)))
__rt_init_end = .;
看到这里，大家想必已经明白了。不过阿绪还是大致的解释一下：
- 开始一个“片段” ，并声明该段为4字节对齐(这是32位cpu中一个指针的长度)。
- 在__rt_init_start 中保留段开始地址。
- 告诉链接器保留 .rti_fn* 的段，并将其排序。
- 在__rt_init_end 中保留段结束地址 。
到这里，RTT的自动初始化机制已经全部讲完了，它的自动初始化机制和linux的自动初始化机制如出一辙，都是利用宏接口注册函数、在启动时遍历表、在连接时将指针存放到统一位置。
参考资料
https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/basic/basic/
https://www.rt-thread.org/qa/thread-2867-1-1.html
https://blog.csdn.net/Fate_Dream/article/details/53809550
https://blog.csdn.net/Longyu_wlz/article/details/82975871
https://www.jianshu.com/p/9d377ddc8acc
http://wen00072.github.io/blog/2014/03/14/study-on-the-linker-script/
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