Keil MDK下如何设置非零初始化变量 - 基于Arm Compiler 6

Posted 2022-06-16 zhzht19861011

1. 编译器的自作主张

ANSI C标准规定：未明确初始化的静态数据（static data），会被初始化为0。

因此，默认情况下，编译器会将零初始化（zero-initialized）和未初始化（uninitialized）的数据放入相同数据段（data section），在运行时由C库的初始化代码将这些数据段域填充数字0。数据段可以是RW数据段（.data），也可以是ZI数据段（.bss）。

定义一个全局变量int test1 = 0;，则变量test1是零初始化变量；

定义一个全局变量int test2;，则变量test2是未初始化变量；

运行时一般发生在进入main函数之前，会执行编译器生成的一些列库函数，完成数字0填充。

有时候，在热重启后，对某些变量，我们不希望编译器填充数字0。比如保持这些变量的值，以便快速恢复现场。

这就涉及到今天的主题，如何防止未初始化的变量被初始化为0。

在此之前，先来了解下专有名词段（section）。段是链接器的专有名词，可以理解为相同属性数据的集合。比如RO数据段一般存放编译后的代码和常量，ZI数据段一般存放零初始化的变量。

2. 升级到 Arm® Compiler 6，遇到了新的问题

在我的CSDN博客《Keil MDK下如何设置非零初始化变量》这篇文章中，介绍了使用Arm® Compiler 5工具，如何防止未初始化的变量被初始化为0。当我将编译器升级到版本6之后，这部分代码产生了编译警告，提示忽略了未知的属性zero_init：

…/lwip_port/source/net_analyze.c(17): warning: unknown attribute ‘zero_init’ ignored [-Wunknown-attributes]
uint32_t phy_link_init_flag _attribute_((zero_init));

这是因为编译器版本升级带来的兼容性问题。

3. 解决方案

打开Keil编译器的帮助文件，找到ARM Compiler 6 User's Guides - Migration and Compatibility Guide。

这是编译器的迁移和兼容性指南。

我所遇到的问题，可以在这份指南的Language extension compatibility: attributes（语言扩展兼容性：属性）一节中找到解决方案：

Arm Compiler 5 属性	Arm Compiler 6 属性	描述
__attribute__((at(address)))	__attribute__((section(".ARM.__at_address")))	Arm Compiler 6 中的 armlink 仍然支持以 .ARM.__at_address 的形式放置段
__attribute__((at(address), zero_init))	__attribute__((section(".bss.ARM.__at_address")))	Arm Compiler 6 中的 armlink 支持以 .bss.ARM.__at_address 的形式放置零初始化段。 .bss 前缀区分大小写，并且必须全部小写。
__attribute__((section(name), zero_init))	__attribute__((section(".bss.name")))	name 是你选择的名字。 .bss 前缀区分大小写，并且必须全部小写。
__attribute__((zero_init))	不支持 默认将零初始化变量放在.bss 段。	如果变量具有初始值设定项，则 Arm Compiler 5 会生成错误。 否则，它将零初始化变量放在 .bss段。

虽然有了解决方案，但具体实施仍然困难，因为解决方案描述简单，也没有例程。

本文是对解决方案的一个补充，将描述如何实施。

4. 实施的一般步骤

防止未初始化的变量被初始化为0只需要：将未初始化的变量放入一个特殊段。特殊段需要满足：

1. 这是一个ZI段；
2. 包含这个ZI段的可执行域（region）要具有UNINIT属性。

这里有两个新词：可执行域和UNINIT属性。

可执行域是链接器的专有名词，可以包含很多的数据段。

UNINIT属性用于创建包含未初始化数据的可执行域，该数据域的特定段不会被初始化为0。UNINIT只对ZI数据段有效。比如下面的ER_RW可执行域，只有ZI部分的数据不会被初始化。

LR 0x8000

 ER_RO +0
 
     *(+RO)
 
 ER_RW 0x10000 UNINIT
 
     *(+RW,+ZI)
 

有了上面的基础知识，我们来看一下Arm® Compiler 5 和Arm® Compiler 6 是如何防止未初始化变量被初始化为0的。

5. Arm® Compiler 5 如何防止未初始化变量被初始化为0

1. 定义变量时，使用编译器扩展属性__attribute__((section("name"), zero_init))来将变量放入指定段中。其中section("name")选择一个指定的段，zero_init告诉编译器将变量放入ZI段。

   uint32_t phy_link_init_flag __attribute__((section("NO_INIT"), zero_init));
   

2. 在分散加载文件中，定义名为NO_INIT的段。注意该段所在的可执行域要具有UNINIT属性。

   LR_IROM1 0x00000000 0x00080000      ; load region size_region 从0扇区开始
     ER_IROM1 0x00000000 0x00080000    ; load address = execution address 
      *.o (RESET, +First)
      *(InRoot$$Sections)
      .ANY (+RO)
     
     RW_IRAM1 0x10000000 0x0000F000    ; RW data
      .ANY (+RW +ZI)
     
     
     RW_IRAM2 0x1000F000 UNINIT 0x00001000  
      .ANY (NO_INIT)
     
   
   

6. Arm® Compiler 6 如何防止未初始化变量被初始化为0

1. 定义变量时，使用编译器扩展属性__attribute__((section("name")))来将变量放入指定段中。其中section("name")选择一个指定的段。

   uint32_t phy_link_init_flag __attribute__((section(".bss.NO_INIT")));
   

2. 在分散加载文件中，定义名为.bss.NO_INIT的段，其中前缀.bss是必须的，并且只能为小写。这个前缀表明该数据段具有ZI属性。注意该段所在的可执行域要具有UNINIT属性

   LR_IROM1 0x00000000 0x00080000      ; load region size_region 从0扇区开始
     ER_IROM1 0x00000000 0x00080000    ; load address = execution address 
      *.o (RESET, +First)
      *(InRoot$$Sections)
      .ANY (+RO)
     
     RW_IRAM1 0x10000000 0x0000F000    ; RW data
      .ANY (+RW +ZI)
     
     
     RW_IRAM2 0x1000F000 UNINIT 0x00001000  
      .ANY (.bss.NO_INIT)
     
   
   

7. Arm® Compiler 6 如何将数据放入指定位置

Arm® Compiler 5 支持at(address)扩展指令，但是在Arm® Compiler 6 中是不支持的，第3节给出了解决方案，使用__attribute__((section(".ARM.__at_address")))来代替at(address)扩展指令，本节描述如何实施。

1. 定义变量，使用编译器扩展属性使用__attribute__((section(".ARM.__at_address")))：

   int my_peripheral __attribute__((section(".ARM.__at_0x10000000"))) = 0;
   

2. 在分散加载文件中，定义名为.ARM.__at_0x10000000的段：

   LR_1 0x040000          ; load region starts at 0x40000   
                         ; start of execution region descriptions      
       ER_RO 0x040000     ; load address = execution address
       
           *(+RO +RW)     ; all RO sections (must include section with initial entry point)
       
   
   
   LR_2 0x01000000
   
       ER_ZI +0 UNINIT
       
           *(.bss)
       
   
       
   LR_3 0x10000000
   
       ER_PERIPHERAL 0x10000000 UNINIT
       
           *(.ARM.__at_0x10000000)
       
   
   

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