Keil MDK下如何設定非零初始設定變數

       一些工控產品，當系統複位後（非上電複位），可能要求保持住複位前RAM中的資料，用來快速恢複現場，或者不至於因瞬間複位而重啟現場裝置。而keil mdk在預設情況下，任何形式的複位都會將RAM區的非初始設定變數資料清零。如何設定非初始化資料變數不被零初始化，這是本篇文章所要探討的。

       在給出方法之前，先來瞭解一下代碼和資料的存放規則、屬性，以及複位後為何預設非初始設定變數所在RAM都被初始化為零了呢。

       什麼是初始化資料變數，什麼又是非初始化資料變數？（因為我的文字描述不一定準確，所以喜歡舉一些例子來輔助理解文字。）

       定義一個變數：int nTimerCount=20；變數nTimerCount就是初始設定變數，也就是已經有初值；

       如果定義變數：int nTimerCount；變數nTimerCount就是一個非賦值的變數，Keil MDK預設將它放到屬性為ZI的輸入節。

       那麼，什麼是“ZI”，什麼又是“輸入節”呢？這要瞭解一下ARM映像檔案（image）的組成了，這部分內容略顯無聊，但我認為這是非常有必要掌握的。

ARM映像檔案的組成:

• 一個映像檔案由一個或多個域（region，也有譯為“區”）組成
• 每個域包含一個或多個輸出段（section，也有譯為“節”）
• 每個輸出段包含一個或多個輸入段
• 各個輸入段包含了目標檔案中的代碼和資料

       輸入段中包含了四類內容：代碼、已經初始化的資料、未經過初始化的儲存地區、內容初始化為零的儲存地區。每個輸入段有相應的屬性：唯讀（RO）、可讀寫的（RW）以及初始化成零的（ZI）。

       一個輸出段中包含了一些列具有相同的RO、RW和ZI屬性的輸入段。輸出段屬性與其中包含的輸入段屬性相同。

       一個域包含一到三個輸出段，各個輸出段的屬性各不相同：RO屬性、RW屬性和ZI屬性

       到這裡我們就可以知道，一般情況下，代碼會被放到RO屬性的輸入節，已經初始化的變數會被分配到RW屬性輸入區，而“ZI”屬性輸入節可以理解為是初始化成零變數的集合。

       已經初始設定變數的初值，會被放到硬體的哪裡呢？（比如定義int nTimerCount=20；那麼初始值20被放到哪裡呢？），我覺得這是個有趣的問題，比如keil在編譯完成後，會給出編譯檔案大小的資訊，如下所示：

Total RO Size (Code + RO Data) 54520 ( 53.24kB)
Total RW Size (RW Data + ZI Data) 6088 ( 5.95kB)
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 54696 ( 53.41kB)

       很多人不知道這是怎麼計算的，也不知道究竟放入ROM/Flash中的代碼有多少。其實，那些已經初始化的變數，是被放入RW屬性的輸入節中，而這些變數的初值，是被放入ROM/Flash中的。有時候這些初值的量比較大，Keil還會將這些初值壓縮後再放入ROM/Flash以節省儲存空間。那這些初值是誰在何時將它們恢複到RAM中的？ZI屬性輸入節中的變數所在RAM又是誰在何時給用零初始化的呢？要瞭解這些東西，就要看預設設定下，從系統複位，到執行C代碼中你編寫的main函數，Keil幫你做了些什麼。

       硬體複位後，第一步是執行複位處理常式，這個程式的入口在啟動代碼裡(預設)，摘錄一段cortex-m3的複位處理入口代碼：

   1: Reset_Handler   PROC        ;PROC等同於FUNCTION,表示一個函數的開始,與ENDP相對?  

   2:  

   3:                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]  

   4:                 IMPORT  SystemInit  

   5:                 IMPORT  __main  

   6:                 LDR     R0, =SystemInit  

   7:                 BLX     R0  

   8:                 LDR     R0, =__main  

   9:                 BX      R0  

  10:                 ENDP  

       初始化堆棧指標、執行完使用者定義的底層初始化代碼（SystemInit函數）後,接下來的代碼調用了__main函數，這裡__main函數會調用一些列的C庫函數，完成代碼和資料的複製、解壓縮以及ZI資料的零初始化。資料的解壓縮和複製，其中就包括將儲存在ROM/Flash中的已初始設定變數的初值複製到相應的RAM中去。對於一個變數，它可能有三種屬性，用const修飾符修飾的變數最可能放在RO屬性區，已經初始化的變數會放在RW屬性區，那麼剩下的變數就要放到ZI屬性區了。預設情況下，ZI資料的零初始化會將所有ZI資料區初始化為零，這是每次複位後程式執行C代碼的main函數之前，由編譯器“自作主張”完成的。所以我們要在C代碼中設定一些變數在複位後不被零初始化，那一定不能任由編譯器“胡作非為”，我們要用一些規則，約束一下編譯器。

       分散負載檔案對於連接器來說至關重要，在分散負載檔案中，使用UNINIT來修飾一個執行節，可以避免__main對該區節的ZI資料進行零初始化。這是要解決非零初始設定變數的關鍵。因此我們可以定義一個UNINIT修飾的資料節，然後將希望非零初始化的變數放入這個地區中。於是，就有了第一種方法：

1. 修改分散負載檔案，增加一個名為MYRAM的執行節，該執行節起始地址為0x1000A000，長度為0x2000位元組（8KB），由UNINIT修飾：

   1: LR_IROM1 0x00000000 0x00080000  {    ; load region size_region

   2:   ER_IROM1 0x00000000 0x00080000  {  ; load address = execution address

   3:    *.o (RESET, +First)

   4:    *(InRoot$$Sections)

   5:    .ANY (+RO)

   6:   }

   7:   RW_IRAM1 0x10000000 0x0000A000  {  ; RW data

   8:    .ANY (+RW +ZI)

   9:   }

  10:   MYRAM 0x1000A000 UNINIT 0x00002000  {

  11:    .ANY (NO_INIT)

  12:   }

  13: }

那麼，如果在程式中有一個數組，你不想讓它複位後零初始化，就可以這樣來定義變數：

    unsigned char  plc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8] __attribute__((at(0x1000A000)));

       變數屬性修飾符__attribute__((at(adder)))用來將變數強制定位到adder所在地址處。由於地址0x1000A000開始的8KB地區ZI變數不會被零初始化，所以處在這一地區的數組plc_eu_backup也就不會被零初始化了。

       這種方法的缺點是顯而易見的：要自己分配變數的地址，如果非零初始化資料比較多，這將是件難以想象的大工程（以後的維護、增加、修改代碼等等）。所以要找到一種辦法，讓編譯器去自動分配這一地區的變數。

2. 分散載入文家同方法1，如果還是定義一個數組，可以用下面方法：

    unsigned char  plc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8] __attribute__((section("NO_INIT"),zero_init));  

       變數屬性修飾符__attribute__((section(“name”),zero_init))用於將變數強制定義到name屬性資料節中，zero_init表示將未初始化的變數放到ZI資料節中。因為“NO_INIT”這顯性命名的自訂節，具有UNINIT屬性。

3. 如何將一個模組內的非初始設定變數都非零初始化？

假如該模組名字為test.c，修改分散負載檔案如下所示：

   1: LR_IROM1 0x00000000 0x00080000  {    ; load region size_region

   2:   ER_IROM1 0x00000000 0x00080000  {  ; load address = execution address

   3:    *.o (RESET, +First)

   4:    *(InRoot$$Sections)

   5:    .ANY (+RO)

   6:   }

   7:   RW_IRAM1 0x10000000 0x0000A000  {  ; RW data

   8:    .ANY (+RW +ZI)

   9:   }

  10:   RW_IRAM2 0x1000A000 UNINIT 0x00002000  {

  11:    test.o (+ZI)

  12:   }

  13: }

定義時使用如下方法：

       int uTimerCount __attribute__((zero_init));

       這裡，變數屬性修飾符__attribute__((zero_init))用於將未初始化的變數放到ZI資料節中變數，其實keil預設情況下，未初始化的變數就是放在ZI資料區的。

4.將整個程式的非初始設定變數都非零初始化 看了上面的，這個已經沒有必要說了。

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