平台配置在_start和主设备之间丢失

Question

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

_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，然后跳转到main(有关更多详细信息，请参阅 https://embeddedartistry.com/blog/2019/04/08/a-general-overview-of-what-happens-before-main/)。

在上面的代码片段中，我正在_start之前进行 LPUART 初始化。调试 .elf 后，我知道当程序到达main时，此 LPUART 初始化会丢失。 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。我无法找出原因。有什么帮助吗？

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

全局变量在执行函数后初始化。因此，对 .data 和 .bss 段中的变量的任何修改都将丢失并被静态初始化例程覆盖。

删除您正在执行的方法并使用 gcc 非可移植扩展__attribute__((__constructor__))在 main 之前但在静态初始化之后执行函数，或者将该函数的地址添加到.init部分。链接 newlib/arm/crt0.S gcc 函数属性 newlib/init.c gcc 初始化

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
}

我评论中的术语"静态变量"是指具有静态存储持续时间的变量(不是static关键字所做的内部链接，如果有的话，很抱歉造成混淆)。关于初始化具有静态存储持续时间的变量的注意事项 - 它们初始化为零。

Answer 2

从复位向量调用 C 函数并不总是安全的，以防复位向量也设置 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(一些建议如何在此处手动推出所有这些)。正如其他人所提到的，这里最可能的问题是您在初始化完成之前写入静态文件范围变量.bss因此它们的值将被擦除。

(如果您不知道.bss和.data的含义，那么您现在不应该干涉 CRT。这里有一个解释：微控制器的不同存储器类型中有什么？

有两种可行的解决方案：

• 禁用.bss并将初始化.data为非标准项目设置。这在嵌入式系统中很常见，但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。
• 或者将内部 UART 驱动程序变量放在专用 RAM 段中，该段不是默认初始化的。

真正的问题是为什么你需要这么早设置UART。UART寄存器不能对时间要求严格，因为UART本身很慢。如果您设置数据方向并从复位矢量中拉出电阻，然后在main()中执行其余的非关键初始化，则应该足够了。

此外，在设置系统时钟之前初始化UART是没有意义的，否则您的波特率最终可能会出错。关于该主题，CRT/CMSIS 库很可能是由猴子编写的，他们认真打算在执行 PLL 设置的任何系统时钟之前，在默认的内部 RC 振荡器设置上运行您的.bss/.data初始化。由于大多数电路板使用外部夸脱，因此您不希望启动速度非常慢且无缘无故地消耗不必要的电流 - 为了防止这种可怕的设计，您需要从复位矢量自己设置时钟，或者禁用.bss/.data初始化。