C关键字section的作用

<摘要> 展示section关键字的作用，以及在SDK实现开机自启动的应用

1、section的作用

section主要作用是将函数或者变量放在指定段中，这样就可在指定的位置取出。

//section demo with gcc
#include "stdio.h"  
   
int __attribute__((section("my_fun"))) test1(int a,int b)  
{  
 return (a+b);  
}

int test(int b)  
{  
 return 2*b;  
}

int __attribute__((section("my_fun"))) test0(int a,int b)  
{  
 return (a*b);  
}  
   
int __attribute__((section("my_val"))) chengi;  
int __attribute__((section("my_val"))) chengj;  
   
int main(void)  
{  
 int sum,c,j;    
 chengi=1,chengj=2;  
   
 sum=test1(chengi,chengj);  
 c=test(100);  
 j=test0(chengi,chengj);  
       
  printf("sum=%d,c=%d,j=%d\r\n",sum,c,j);  

  return 0;  
}  

编译生成map文件：

gcc -o main.exe main.c -Wl,-Map,my_test.map

my_test.map 文件片段如下：

   .text  0x00401460 0xa0 C:\\Users\\think\\ccmGLaeH.o
     0x00401460   test
     0x0040146a   main
 
   .text 0x00401500 0x0 c:/mingw/bin/../libmingw32.a(CRTglob.o)
 
   ......
   my_fun 0x00404000 0x200
   [!provide] PROVIDE (___start_my_fun, .)
 
   my_fun  0x00404000 0x1c C:\\Users\\think\\ccmGLaeH.o
 
  0x00404000 test1
  0x0040400d test0
 
  [!provide] PROVIDE (___stop_my_fun, .)
 
  .data 0x00405000 0x200
 
  0x00405000 \__data_start_\_ = .
  ......
  \*(.data_cygwin_nocopy)
  my_val 0x00406000 0x200
 
  [!provide] PROVIDE (___start_my_val, .)
 
  my_val  0x00406000 0x8 C:\\Users\\think\\ccdMcTrl.o
     0x00406000 chengi
     0x00406004 chengj
 
  [!provide] PROVIDE (___stop_my_val, .)
 
  .rdata 0x00407000 0x400

分析可见，使用section修饰的函数和变量在自定义的片段，而且是连续存放在___start_xx到___stop_xx之间，这样可根据变量的地址得出与其同段变量的地址，为后续自动初始化等功能提供了基础。

2、 自动初始化

基于前面section的作用，可以将同类函数指针全部使用同一个段名修饰，然后开机后系统自动检索段内函数指针，逐个执行，对上层应用就是无需主动调用，系统自动初始化。

考虑到硬件初始化与应用功能初始化的先后顺序，可以对段名进行分配，map文件按段名排序。自动初始化主体是OS_INIT_EXPORT宏。

范例代码出自中国移动的oneos开源版本，使用gcc，方案和国产RT-Thread类似。

typedef os_err_t (*os_init_fn_t)(void);

#define OS_INIT_EXPORT(fn, level) \
const os_init_fn_t __os_call_##fn OS_SECTION(".init_call."level) = fn

#define OS_BOARD_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "1")

#define OS_PREV_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "2")

#define OS_DEVICE_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "3")

#define OS_CMPOENT_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "4")

#define OS_ENV_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "5")

#define OS_APP_INIT(fn) OS_INIT_EXPORT(fn, "6")

例如shell初始化函数，定义如下：

OS_APP_INIT(sh_system_init);

将宏定义展开

/* 含义是函数指针 __os_call_sh_system_init
*  其指向sh_system_init函数，且该指针编译后放在".init_call.6"段
*/
const os_init_fn_t __os_call_sh_system_init
    __attribute__((section((".init_call.6")))) = sh_system_init

系统自身也有自定义函数，用来标记起止点函数

OS_INIT_EXPORT(os_init_start, "0");//段起点__start
OS_INIT_EXPORT(os_board_init_start, "0.end");
OS_INIT_EXPORT(os_board_init_end, "1.end");
OS_INIT_EXPORT(os_init_end, "6.end");//段终点__stop

最终生成的map文件如下图：

//系统底层在合适的时机调用如下两函数，将指定段区间内的所有函数自动执行

void os_board_auto_init(void)
{
    const os_init_fn_t *fn_ptr_board_init_start;
    const os_init_fn_t *fn_ptr_board_init_end;
    const os_init_fn_t *fn_ptr;

    fn_ptr_board_init_start = &__os_call_os_board_init_start + 1;
    fn_ptr_board_init_end   = &__os_call_os_board_init_end - 1;
    
    //将段首尾区间内的函数全部遍历执行
    for (fn_ptr = fn_ptr_board_init_start; fn_ptr <= fn_ptr_board_init_end; fn_ptr++)
    {
        (void)(*fn_ptr)();
    }
    return;
}

static void os_other_auto_init(void)
{
    const os_init_fn_t *fn_ptr_other_init_start;
    const os_init_fn_t *fn_ptr_other_init_end;
    const os_init_fn_t *fn_ptr;

    fn_ptr_other_init_start = &__os_call_os_board_init_end + 1;
    fn_ptr_other_init_end   = &__os_call_os_init_end - 1;

    for (fn_ptr = fn_ptr_other_init_start; fn_ptr <= fn_ptr_other_init_end; fn_ptr++)
    {
        (void)(*fn_ptr)();
    }
    return;
}

系统执行os_other_auto_init时实现了sh_system_init的自动执行，即使应用层没有显示的去调用它。使用符号段的方式实现初始化函数自动执行，应用层修改软件，增加功能启动或者裁剪，对底层代码无需任何改动。更多信息请关注微信公众号【嵌入式系统】。

注意：段中函数类型都是一样的，范例是同一类函数指针，也可以是结构体，需要确保每个成员占用空间大小相同，这样才能逐个遍历。

3、总结

不同编译器对section属性的定义略有差异，但效果相同。

/* Compiler Related Definitions */
#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)           /* ARM Compiler */
    #define SECTION(x)    __attribute__((section(x)))
#elif defined (__IAR_SYSTEMS_ICC__)                     /* for IAR Compiler */
    #define SECTION(x)     @ x
#elif defined (__GNUC__)                                /* GNU GCC Compiler */
    #define SECTION(x)    __attribute__((section(x)))
#elif defined (__ADSPBLACKFIN__)                        /* for VisualDSP++ Compiler */
    #define SECTION(x)     __attribute__((section(x)))
#elif defined (_MSC_VER)
    #define SECTION(x)
#elif defined (__TI_COMPILER_VERSION__)
    /* 
     * The way that TI compiler set section is different from other(at least
     * GCC and MDK) compilers. See ARM Optimizing C/C++ Compiler 5.9.3 for more
     * details.
     */
    #define SECTION(x)
#else
    #error not supported tool chain
#endif

上面的 #error 也是个应用技巧，配搭 #if  / #else / #endif 在编译阶段即可发现代码问题，一般用于判断宏定义的配置是否在预期之外，编译报错必须修改。

配合C关键字，对代码的安全校验、扩展移植都会有很好的效果，可参考前文 C语言关键字技巧。对小型项目、个人独立开发看不出效果，但对复杂的多人合作的项目，合适的关键字对代码的稳定性和架构是锦上添花。