如何设置STM32单片机非初始化数据变量不被零初始化

一些产品,当系统复位后(非上电复位),可能要求保持住复位前RAM中的数据,用来快速恢复现场,或者不至于因瞬间复位而重启现场设备。而keil mdk在默认情况下,任何形式的复位都会将RAM区的非初始化变量数据清零。

在给出方法之前,先来了解一下代码和数据的存放规则、属性,以及复位后为何默认非初始化变量所在RAM都被初始化为零了呢。
 
什么是初始化数据变量,什么又是非初始化数据变量?(因为我的文字描述不一定准确,所以喜欢举一些例子来辅助理解文字。)
 
定义一个变量:int nTimerCount=20;变量nTImerCount就是初始化变量,也就是已经有初值;
 
如果定义变量:int nTImerCount;变量nTImerCount就是一个非赋值的变量,Keil MDK默认将它放到属性为ZI的输入节。
 
那么,什么是“ZI”,什么又是“输入节”呢?这要了解一下ARM映像文件(image)的组成了,这部分内容略显无聊,但我认为这是非常有必要掌握的。
 
如何设置STM32单片机非初始化数据变量不被零初始化
 
 
ARM映像文件的组成:
 
一个映像文件由一个或多个域(region,也有译为“区”)组成
 
每个域包含一个或多个输出段(secTIon,也有译为“节”)
 
每个输出段包含一个或多个输入段
 
各个输入段包含了目标文件中的代码和数据
 
输入段中包含了四类内容:代码、已经初始化的数据、未经过初始化的存储区域、内容初始化为零的存储区域。每个输入段有相应的属性:只读的(RO)、可读写的(RW)以及初始化成零的(ZI)。
 
一个输出段中包含了一些列具有相同的RO、RW和ZI属性的输入段。输出段属性与其中包含的输入段属性相同。
 
一个域包含一到三个输出段,各个输出段的属性各不相同:RO属性、RW属性和ZI属性
 
到这里我们就可以知道,一般情况下,代码会被放到RO属性的输入节,已经初始化的变量会被分配到RW属性输入区,而“ZI”属性输入节可以理解为是初始化成零变量的集合。
 
已经初始化变量的初值,会被放到硬件的哪里呢?(比如定义int nTimerCount=20;那么初始值20被放到哪里呢?),我觉得这是个有趣的问题,比如keil在编译完成后,会给出编译文件大小的信息,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)
 
很多人不知道这是怎么计算的,也不知道究竟放入ROM/Flash中的代码有多少。其实,那些已经初始化的变量,是被放入RW属性的输入节中,而这些变量的初值,是被放入ROM/Flash中的。有时候这些初值的量比较大,Keil还会将这些初值压缩后再放入ROM/Flash以节省存储空间。那这些初值是谁在何时将它们恢复到RAM中的?ZI属性输入节中的变量所在RAM又是谁在何时给用零初始化的呢?要了解这些东西,就要看默认设置下,从系统复位,到执行C代码中你编写的main函数,Keil帮你做了些什么。
 
硬件复位后,第一步是执行复位处理程序,这个程序的入口在启动代码里(默认),摘录一段cortex-m3的复位处理入口代码:
 
1:Reset_HandlerPROC;PROC等同于FUNCTION,表示一个函数的开始,与ENDP相对?
 
2:
 
3:EXPORTReset_Handler[WEAK]
 
4:IMPORTSystemInit
 
5:IMPORT__main
 
6:LDRR0,=SystemInit
 
7:BLXR0
 
8:LDRR0,=__main
 
9:BXR0
 
10:ENDP
 
初始化堆栈指针、执行完用户定义的底层初始化代码(SystemInit函数)后,接下来的代码调用了__main函数,这里__main函数会调用一些列的C库函数,完成代码和数据的复制、解压缩以及ZI数据的零初始化。数据的解压缩和复制,其中就包括将储存在ROM/Flash中的已初始化变量的初值复制到相应的RAM中去。对于一个变量,它可能有三种属性,用const修饰符修饰的变量最可能放在RO属性区,已经初始化的变量会放在RW属性区,那么剩下的变量就要放到ZI属性区了。默认情况下,ZI数据的零初始化会将所有ZI数据区初始化为零,这是每次复位后程序执行C代码的main函数之前,由编译器“自作主张”完成的。所以我们要在C代码中设置一些变量在复位后不被零初始化,那一定不能任由编译器“胡作非为”,我们要用一些规则,约束一下编译器。
 
分散加载文件对于连接器来说至关重要,在分散加载文件中,使用UNINIT来修饰一个执行节,可以避免__main对该区节的ZI数据进行零初始化。这是要解决非零初始化变量的关键。因此我们可以定义一个UNINIT修饰的数据节,然后将希望非零初始化的变量放入这个区域中。于是,就有了第一种方法:
 
1. 修改分散加载文件,增加一个名为MYRAM的执行节,该执行节起始地址为0x1000A000,长度为0x2000字节(8KB),由UNINIT修饰:
 
1:LR_IROM10x000000000x00080000{;loadregionsize_region
 
2:ER_IROM10x000000000x00080000{;loadaddress=executionaddress
 
3:*.o(RESET,+First)
 
4:*(InRoot$$Sections)
 
5:.ANY(+RO)
 
6:}
 
7:RW_IRAM10x100000000x0000A000{;RWdata
 
8:.ANY(+RW+ZI)
 
9:}
 
10:MYRAM0x1000A000UNINIT0x00002000{
 
11:.ANY(NO_INIT)
 
12:}
 
13:}
 
那么,如果在程序中有一个数组,你不想让它复位后零初始化,就可以这样来定义变量:
 
unsignedcharplc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8]__attribute__((at(0x1000A000)));
 
变量属性修饰符__attribute__((at(adder)))用来将变量强制定位到adder所在地址处。由于地址0x1000A000开始的8KB区域ZI变量不会被零初始化,所以处在这一区域的数组plc_eu_backup也就不会被零初始化了。
 
这种方法的缺点是显而易见的:要自己分配变量的地址,如果非零初始化数据比较多,这将是件难以想象的大工程(以后的维护、增加、修改代码等等)。所以要找到一种办法,让编译器去自动分配这一区域的变量。
 
2. 分散加载文件同方法1,如果还是定义一个数组,可以用下面方法:
 
unsignedcharplc_eu_backup[PLC_EU_BACKUP_BUF/8]__attribute__((section(“NO_INIT”),zero_init));
 
变量属性修饰符__attribute__((section(“name”),zero_init))用于将变量强制定义到name属性数据节中,zero_init表示将未初始化的变量放到ZI数据节中。因为“NO_INIT”这显性命名的自定义节,具有UNINIT属性。(强烈推荐最简单的方法)
 
3. 如何将一个模块内的非初始化变量都非零初始化?
 
假如该模块名字为test.c,修改分散加载文件如下所示:
 
1:LR_IROM10x000000000x00080000{;loadregionsize_region
 
2:ER_IROM10x000000000x00080000{;loadaddress=executionaddress
 
3:*.o(RESET,+First)
 
4:*(InRoot$$Sections)
 
5:.ANY(+RO)
 
6:}
 
 
7:RW_IRAM10x100000000x0000A000{;RWdata
 
8:.ANY(+RW+ZI)
 
9:}
 
10:RW_IRAM20x1000A000UNINIT0x00002000{
 
11:test.o(+ZI)
 
12:}
 
13:}
 

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计