RT-Thread下IAR工程函数重定向为何失效?

大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家分享的是在IAR开发环境下RT-Thread工程函数重定向失效分析

痞子衡旧文 《在IAR下将关键函数重定向到RAM中执行的方法》 里介绍了三种关键函数重定向方法,不过这三种方法只是写法形式不同,本质上没啥区别,都是利用 IAR 链接器特性将函数重定向到工程数据段(RW)所在 RAM 里。

对于 i.MXRT 这种拥有多块地址非连续的 RAM 的芯片,其实我们也可以单独将这些重定向函数放到一个指定的 RAM 里,不一定非得跟数据段放在同一个 RAM 里。具体实现也很简单,只需要在链接文件里额外加一句 place in 语句处理即可,恩智浦官方 SDK 包里就是这么做的。

然而痞子衡最近在移植一个 i.MXRT1170  RT-Thread 工程时发现,在 IAR 链接文件里用自定义段来单独指定重定向函数到 ITCM 竟然失效了,这是怎么回事?今天我们一起来看一下:

Note 1:阅读本文前需要对 《IAR链接文件(.icf)》《IAR映射文件(.map)》 这两种文件有所了解。

Note 2:本文使用的 IAR EWARM 软件版本是 v9.10.2。

一、回顾SDK里函数重定向做法

我们以最经典的 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\demo_apps\hello_world\cm7\iar 例程来看,工程 Build 选择 flexspi_nor_sdram_debug(仅该 build 预编译宏里有 XIP_BOOT_HEADER_DCD_ENABLE=1),即代码段放在 Flash 里(0x30000000 - ),数据段放在 SDRAM 里(0x80000000 - )。

在时钟初始化函数 BOARD_BootClockRUN() 里会调用如下 UpdateSemcClock() 函数,这个函数需要重定向到 RAM 里执行,在代码里先将它放到自定义 CodeQuickAccess 段里。

#define AT_QUICKACCESS_SECTION_CODE(func) func @"CodeQuickAccess"

#if defined(XIP_BOOT_HEADER_ENABLE) && (XIP_BOOT_HEADER_ENABLE == 1)
#if defined(XIP_BOOT_HEADER_DCD_ENABLE) && (XIP_BOOT_HEADER_DCD_ENABLE == 1)
AT_QUICKACCESS_SECTION_CODE(void UpdateSemcClock(void));
void UpdateSemcClock(void)
{
    SEMC->IPCMD = 0xA55A000D;
    while ((SEMC->INTR & 0x3) == 0);
    SEMC->INTR                                = 0x3;
    SEMC->DCCR                                = 0x0B;
    CCM->CLOCK_ROOT[kCLOCK_Root_Semc].CONTROL = 0x602;
}
#endif
#endif

然后在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor_sdram.icf 里(仅摘录部分),再将 CodeQuickAccess 段单独放在 ITCM 里(0x00000000 - ),这就是官方 SDK 里的做法。

define symbol m_data3_start            = 0x80000000;
define symbol m_data3_end              = 0x82FFFFFF;
define symbol m_qacode_start           = 0x00000000;
define symbol m_qacode_end             = 0x0003FFFF;
define region DATA3_region  = mem:[from m_data3_start to m_data3_end-__size_cstack__];
define region QACODE_region = mem:[from m_qacode_start to m_qacode_end];
define block RW            { first readwrite, section m_usb_dma_init_data };
define block QACCESS_CODE  { section CodeQuickAccess };
initialize by copy         { readwrite, section .textrw, section CodeQuickAccess };
place in DATA3_region                  { block RW };
place in QACODE_region                 { block QACCESS_CODE };

编译链接 hello_world_demo_cm7.ewp 工程,然后查看其映射文件(hello_world_demo_cm7.map)找到跟 UpdateSemcClock() 函数相关的内容如下,显然这是符合预期的。这里特别注意一下,CodeQuickAccess 的类别显示的是 inited,表明其不是常见的 ro code,而是经过重定向的,而且 UpdateSemcClock() 函数所在 clock_config.o 里包含了 60个字节的 rw code。

*******************************************************************************
*** PLACEMENT SUMMARY
***
define block QACCESS_CODE { section CodeQuickAccess };
"P7":  place in [from 0x0 to 0x3'ffff] { block QACCESS_CODE };

  Section              Kind         Address      Size  Object
  -------              ----         -------      ----  ------
"P7":                                            0x3c
  QACCESS_CODE                          0x0      0x3c  <Block>
    QACCESS_CODE-1                      0x0      0x3c  <Init block>
      CodeQuickAccess  inited           0x0      0x3c  clock_config.o [1]
                                     - 0x3c      0x3c

*******************************************************************************
*** MODULE SUMMARY
***
    Module                              ro code  rw code  ro data  rw data
    ------                              -------  -------  -------  -------
    clock_config.o                        2'644       60      844

*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
    Entry                       Address   Size  Type      Object
    ----                       -------   ----  ----      ------
    UpdateSemcClock                 0x1   0x3c  Code  Gb  clock_config.o [1]

二、引出RT-Thread下函数重定向失效问题

现在来看 RT-Thread 工程,也是一个简单的 hello world(具体工程略去不表),其中 i.MXRT1170 芯片 BSP 部分直接来自于官方 SDK,链接文件也与 SDK 里一致,但是编译链接工程后查看其映射文件,发现跟 UpdateSemcClock() 函数相关的内容如下,CodeQuickAccess 的类别显示的是 ro code, UpdateSemcClock() 函数所在 clock_config.o 里干脆连 rw code 都没有。显然函数重定向失效了,链接文件里 initialize by copy { section CodeQuickAccess }; 语句没起作用,这显然就是一个分散链接而已。

*******************************************************************************
*** PLACEMENT SUMMARY
***
define block QACCESS_CODE { section CodeQuickAccess };
"P7":  place in [from 0x0 to 0x3'ffff] { block QACCESS_CODE };

  Section              Kind         Address    Size  Object
  -------              ----         -------    ----  ------
"P7":                                          0x3c
  QACCESS_CODE                          0x0    0x3c  <Block>
    CodeQuickAccess    ro code          0x0    0x3c  clock_config.o [4]
                                     - 0x3c    0x3c

*******************************************************************************
*** MODULE SUMMARY
***
    Module                              ro code  ro data  rw data
    ------                              -------  -------  -------
    clock_config.o                        2'768      784

*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
    Entry                       Address   Size  Type      Object
    ----                       -------   ----  ----      ------
    UpdateSemcClock                 0x1    0x3c  Code  Gb  clock_config.o [4]

三、RT-Thread下函数重定向失效分析

第一节里 SDK 裸机环境下函数重定向做法不会失效,RT-Thread 环境下同样的做法就失效了,难道 IAR 对 RTOS 支持不友好?但是痞子衡在 \SDK_2.11.0_MIMXRT1170-EVK\boards\evkmimxrt1170\rtos_examples\freertos_hello 下做了相同实验,FreeRTOS 下这种函数重定向方式也是没有问题的(FreeRTOS 内核启动是在 main() 里),所以这个问题主要跟 RT-Thread 内核代码结构设计有关。

经过裸机工程、RT-Thread 工程、FreeRTOS 工程三者对比,痞子衡找到了问题所在。RT-Thread 内核启动是在 /src/components.c 文件中的 __low_level_init() 函数里,而这个 __low_level_init() 函数本应是 IAR 入口函数 __iar_program_start() 中的一部分(IAR 系统库里有一个内置 PUBWEAK 版本),但是 RT-Thread 重实现了这个 __low_level_init() 函数,很不幸的是 IAR 链接器对于自定义段的函数重定向认定与原内置 __low_level_init() 函数设计有某种内在关联。

RT-Thread 代码:https://gitee.com/rtthread/rt-thread/blob/gitee_master/src/components.c

当痞子衡将内核启动函数 rtthread_startup()  放到 main() 里,而将 components.c 文件里的 __low_level_init() 函数临时删掉时,函数重定向失效问题就解决了,不过这只是验证分析,并不是真正的解决方案。

四、RT-Thread下函数重定向失效解决方案

经过痞子衡的一番尝试,在 RT-Thread 重写 __low_level_init() 函数的情况下,IAR 仅仅是无法正常处理自定义段的重定向函数代码体,而如果将那些需要重定向的函数用 __ramfunc 修饰,统一放到 IAR 内置默认的 .textrw 段里,IAR 是可以正常处理的(感觉更像是 IAR 的一个缺陷)。

分析到这里,解决方案清晰了,首先是弃用 AT_QUICKACCESS_SECTION_CODE 宏,而改用 __ramfunc 来修饰 UpdateSemcClock() 函数:

#if defined(XIP_BOOT_HEADER_ENABLE) && (XIP_BOOT_HEADER_ENABLE == 1)
#if defined(XIP_BOOT_HEADER_DCD_ENABLE) && (XIP_BOOT_HEADER_DCD_ENABLE == 1)
__ramfunc void UpdateSemcClock(void)
{
    SEMC->IPCMD = 0xA55A000D;
    while ((SEMC->INTR & 0x3) == 0);
    SEMC->INTR                                = 0x3;
    SEMC->DCCR                                = 0x0B;
    CCM->CLOCK_ROOT[kCLOCK_Root_Semc].CONTROL = 0x602;
}
#endif
#endif

然后在工程链接文件 MIMXRT1176xxxxx_cm7_flexspi_nor_sdram.icf 里直接将 section .textrw 放到 ITCM 里:

define symbol m_qacode_start           = 0x00000000;
define symbol m_qacode_end             = 0x0003FFFF;
define region QACODE_region = mem:[from m_qacode_start to m_qacode_end];
initialize by copy          { readwrite, section .textrw };
place in QACODE_region                 { section .textrw };

这时候再编译链接工程查看映射文件,函数重定向结果就符合预期了。.textrw 的类别显示的是 inited,而且 UpdateSemcClock() 函数所在 clock_config.o 里也包含了 60个字节的 rw code。

*******************************************************************************
*** PLACEMENT SUMMARY
***
"P7":  place in [from 0x0 to 0x3'ffff] { section .textrw };

  Section              Kind         Address    Size  Object
  -------              ----         -------    ----  ------
"P7":                                          0x3c
  P7                                    0x0    0x3c  <Init block>
    .textrw            inited           0x0    0x3c  clock_config.o [4]
                                     - 0x3c    0x3c

*******************************************************************************
*** MODULE SUMMARY
***
    Module                              ro code  rw code  ro data  rw data
    ------                              -------  -------  -------  -------
    clock_config.o                        2'708       60      846

*******************************************************************************
*** ENTRY LIST
***
    Entry                       Address   Size  Type      Object
    ----                       -------   ----  ----      ------
    UpdateSemcClock                 0x1    0x3c  Code  Gb  clock_config.o [4]

至此,在IAR开发环境下RT-Thread工程函数重定向失效分析痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

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