平台配置在 _start 和 main 之间丢失

Question

我正在使用 https://github.com/ARM-software/CMSIS_5/blob/develop/Device/ARM/ARMCM33/Source/startup_ARMCM33.c 文件并进行了以下修改：

_NO_RETURN void Reset_Handler(void)
{
  __set_MSPLIM((uint32_t)(&__STACK_LIMIT));

  SystemInit();                             /* CMSIS System Initialization */
  lpuart_init(&m33_uart, (void*)LPUART0_BASE, LPUART); // Initialize LPUART
  __PROGRAM_START();                        /* Enter PreMain (C library entry point) */
}

__PROGRAM_START(); 将跳转到 _start，它将执行 crt0.o 中提到的所有运行时配置，然后它会跳转到 main（参见 https://embeddedartistry.com/blog/2019/04/08/a-general-overview-of-what-happens-before-main/了解更多详情）。

在上面的代码片段中，我在 _start 之前进行了 LPUART 初始化。调试.elf 后，我知道当程序到达main 时，这个LPUART 初始化丢失了。令人惊讶的是，如果我在 main:

中进行 LPUART 初始化，同样的程序可以工作

void main() {
lpuart_init(&m33_uart, (void*)LPUART0_BASE, LPUART);

/* some more code 
...... */
}

似乎 crt0.o 正在做一些会导致 LPUART（或平台）配置丢失的事情。我无法弄清楚原因。有帮助吗？

编辑：

void lpuart_init(lpuart_info_t* p_info, void* base_addr, uint32_t version)
{
    p_info->base_addr = base_addr;
    p_info->version = version;
}

Answer 1

全局变量在您的函数执行后初始化。因此，对 .data and .bss segments 中变量的任何修改都将丢失并被静态初始化例程覆盖。

放弃您正在执行的方法并使用 gcc non-portable 扩展 __attribute__((__constructor__)) 在 main 之前但在静态初始化之后执行函数，或者将函数的地址添加到 .init 部分。链接 newlib/arm/crt0.S gcc function attributes newlib/init.c gcc initialization

一个伪代码示例来说明正在发生的事情：

int some_global_explicitly_initialized_var = 1; // in .data section
static int some_global_var = 2; // in .data section
int global_vars_without_initialization_are_default_initialized_to_zero; // in .bss section
static int m33_uart; // in .bss section

int your_func() {
   // you set your variables, but it will be overwritten in _init
   m33_uart = 12354;
}

// this function is called first, ie. entrypoint before main
void Reset_Handler(void) {
    your_func();
    _init();
}

void _init(void) {
    // variables in .data section are initialized explicitly
    // ie. some_global_explicitly_initialized_var is set to 1 and 
    // and some_global_var is set to 2
    // this is done by copying a section from flash memory into ram into .data section
    // linker takes care of properly placing the variables
    memcpy(&_data_section, &_data_initialization_from_flash, sizeof(_data_initialization_from_flash));

    // variables in .bss section are initialized to 0
    // and uninitialized pointers are set to NULL
    // so all global variables are cleared
    // so global_vars_without_initialization_are_default_initialized_to_zero is set to 0
    // and m33_uart is also set to 0
    memset(&_bss_section, 0, sizeof(_bss_section));

    // after that main is called
    main();
}

int main() {
    // m33_uart will be set to 0
    // because m33_uart is inside .bss section
    // and will be cleared to 0 by the memset in _init
}

在我的评论中，术语“静态变量”是指具有 static storage duration (not with internal linkage that is what static keyword does, sorry for confusion if any). Note about initialization 个具有静态存储持续时间的变量 - 它们是零初始化的。

Answer 2

从重置向量调用 C 函数并不总是安全的，以防重置向量也设置 SP。幸运的是，这不是 ARM 的问题，但您仍然必须确保在写入 RAM 变量之前完成所有内存设置（一些建议如何手动推出所有这些 here）。正如其他人所提到的，这里最有可能的问题是您在 .bss 初始化完成之前写入静态文件范围变量，因此它们的值将被删除。

（如果你不知道 .bss 和 .data 是什么意思，那么你现在不应该插手 CRT。这里有一个解释：What resides in the different memory types of a microcontroller?）

有两种可行方案：

禁用 .bss 和 .data 初始化作为 non-standard 项目设置。这在嵌入式系统中很常见，但这意味着您不能再依赖 static 或文件范围变量的标准 C 变量初始化。
或者将您的内部 UART 驱动程序变量放在专用的 RAM 段中，该段未默认初始化。

真正的问题是为什么您需要这么早设置 UART。 UART 寄存器不能是时间关键的，因为 UART 本身很慢。如果您设置数据方向并从复位向量中拉出电阻器就足够了，然后在 main().non-critical 中进行其余的初始化。

此外，在设置系统时钟之前初始化 UART 意义不大，否则您的波特率可能最终会出错。在这个话题上，CRT/CMSIS 库也很可能是由猴子编写的，他们认真地打算运行你的 .bss/.data 在默认内部 RC 振荡器设置上初始化, 在 PLL 设置的任何系统时钟执行之前。由于大多数电路板使用外部石英，您不希望您的启动非常缓慢并且无缘无故地消耗电流 - 为了防止这种可怕的设计，您需要自己从复位向量设置时钟，或者禁用 .bss/.data初始化.

平台配置在 _start 和 main 之间丢失

Platform configuration lost between _start and main

embedded

gcc

arm

cmsis