MQX心得之代码之始

本人看代码，无论多长，都习惯从最开始看起。一般的裸奔的程序，从main函数看起也就够了。可惜MQX是一个复杂的系统，源码都有几十兆，如果从main开始看的话就会忽略一些关键的步骤，因此我从代码最初运行的部分开始说起。

代码之始（请原谅我糟糕的命名品味）在哪呢，这个要问链接器了。本人的编译IDE用的是Keil，在工程选项linker里我们可以找到这个东西。 

Scatter File是链接器用来链接的编译好的文件的，简单的来说假设我们一个工程包含了一大堆*.c文件，每个*.c文件都会被编译器编译为*.o文件，之后链接器将这些文件链接组成一个可执行文件.elf。而scatter文件就是用来告诉链接器是如何把那些*.o文件按照一定的顺序组装起来的。当然我这也是简单说说，详细内容可参见 ARM? Compiler toolchain Version 4.1 Using the Linker 。
打开intflash.scf，就看见如下内容

#! armcc -E

; The balance of unused flash is used as user flash. Make sure this value
; matches the one in bsp/twrk60n512/twrk60n512.h. Change them as
; needed to match the flash image size. MAKE SURE THIS VALUE IS ALIGNED TO
; (is a multiple of) THE SECTOR SIZE - 0x800
#define USERFLASH_BASE_ADDR    0x00060000
#define INTFLASH_BASE_ADDR     0x00000000
#define INTFLASH_SIZE (USERFLASH_BASE_ADDR - INTFLASH_BASE_ADDR)

#define MY_ALIGN(address, alignment) ((address + (alignment-1)) AND ~(alignment-1))

LOAD_REGION_INTFLASH INTFLASH_BASE_ADDR INTFLASH_SIZE
{
    VECTORS INTFLASH_BASE_ADDR
    {
        vectors.o (.vectors_rom,+FIRST)
        vectors.o (.cfmconfig)
    }

    CODE +0
    {
        * (InRoot$$Sections) ; All library sections for example, __main.o,
                                  ; __scatter*.o, __dc*.o, and * Region$$Table
        * (KERNEL)
        * (TEXT)
        * (+RO)
    }

    RAM_VECTORS 0x1FFF0000 ; For ram vector table. Used when  MQX_ROM_VECTORS is set to zero.
    {
        vectors.o (.vectors_ram)
    }

    NOUSER +0
    {
        * (.nouser)
    }

    ROUSER MY_ALIGN(ImageLimit(NOUSER), 32)
    {
        * (.rouser)
    }

    RWUSER MY_ALIGN(ImageLimit(ROUSER), 32)
    {
        * (.rwuser)
    }

    DATA MY_ALIGN(ImageLimit(RWUSER), 32)
    {
        * (+RW)
        * (+ZI)
    }

    USB_BDT MY_ALIGN(ImageLimit(DATA), 512)
    {
        * (.usb_bdt)
    }

    KERNEL_DATA_START MY_ALIGN(ImageLimit(USB_BDT), 0x10)
    {
        * (KERNEL_DATA_START) ; start of kernel data
    }

    KERNEL_DATA_END 0x2000FFF0 ; RAM_END
    {
        * (KERNEL_DATA_END) ; end of kernel data
    }

    ; mem_init writes a storeblock_struct at the end of kernel data,
    ; max size 32 bytes, so use 0x100 offset
    BOOT_STACK_ADDR 0x2000FEF0
    {
        * (BOOT_STACK)
    }
}

对于这个脚本，研究过linux编译的同学应该很熟悉了。最开始的0地址就是INTFLASH_BASE_ADDR，对应着VECTORS段。这个段由两个部分组成，这两个东西都是来自于vectors.c,一个叫vectors_rom，另一个叫cfmconfig。再来看vectors.c，不管cfmconfig，我们来研究最开始的vectors_rom。

#ifdef __ICCARM__
    #pragma language = extended
    #pragma segment = "CSTACK"

    #pragma location = ".intvec"
    #pragma segment = ".intvec"
    const intvec_elem __vector_table[] =
#elif defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
    __attribute__((section(".vectors_rom"))) const vector_entry __vector_table[256] __attribute__((used)) =
#else /* CodeWarrior compiler assumed */
    #pragma  define_section vectors_rom ".vectors_rom" ".vectors_rom" ".vectors_rom" far_abs R
    __declspec(vectors_rom) vector_entry rom_vector[] =
#endif /* CodeWarrior compiler assumed */
{
    (vector_entry)__BOOT_STACK_ADDRESS,
    BOOT_START, /* 0x01  0x00000004 - ivINT_Initial_Program_Counter */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x02  0x00000008 - ivINT_NMI */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x03  0x0000000C - ivINT_Hard_Fault */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x04  0x00000010 - ivINT_Mem_Manage_Fault */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x05  0x00000014 - ivINT_Bus_Fault */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x06  0x00000018 - ivINT_Usage_Fault */
    0, /* 0x07  0x0000001C - ivINT_Reserved7 */
    0, /* 0x08  0x00000020 - ivINT_Reserved8 */
    0, /* 0x09  0x00000024 - ivINT_Reserved9 */
    0, /* 0x0A  0x00000028 - ivINT_Reserved10 */
    _svc_handler, /* 0x0B  0x0000002C - ivINT_SVCall */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x0C  0x00000030 - ivINT_DebugMonitor */
    0, /* 0x0D  0x00000034 - ivINT_Reserved13 */
    _pend_svc, /* 0x0E  0x00000038 - ivINT_PendableSrvReq */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x0F  0x0000003C - ivINT_SysTick */
    /* Cortex external interrupt vectors */
    DEFAULT_VECTOR, /* 0x10  0x00000040 - ivINT_DMA0 */

注意 __attribute__((section(".vectors_rom"))) const vector_entry __vector_table[256] __attribute__((used)) ,其实vectors_rom就是一个包含256个中断向量的中断向量表__vector_table[256],这个表是被链接器放在CPU总线地址为0-1024的内部flash上面。根据cortex m4的特性，cpu复位时，会从0x0处取出堆栈指针SP，从0x4处取出复位跳转指令的位置。我们可以发现__vector_table[0]是__BOOT_STACK_ADDRESS而__vector_table[1]是BOOT_START。如果有人记忆力好的话会发现__BOOT_STACK_ADDRESS在之前的scatter文件出现过，如果没注意的话可以回过头来看（之后你会对这个动作习以为常的），BOOT_STACK_ADDR就是最后一个段，其值为0x2000FEF0，这个就是cpu复位运行时堆栈的地址。而BOOT_START在vectors.c有一个宏定义

#define BOOT_START __boot

而这个__boot就是boot.S最开始的部分。

ASM_COMP_SPECIFIC_DIRECTIVES

 ASM_CODE_SECTION(.text)
 SET_FUNCTION_ALIGNMENT

 ASM_PUBLIC(__boot)
 ASM_PUBLIC(__set_MSP)

 ASM_PUBLIC_BEGIN(__boot)
 ASM_PUBLIC_FUNC(__boot)
ASM_LABEL(__boot)


#if MQX_AUX_CORE
        msr MSP, r0
        isb #15
#endif

        /* disable interrupts and clear pending flags */
        ldr r0, =0xe000e180     /* NVIC_ICER0 - Interrupt Clear-Enable Registers */
        ldr r1, =0xe000e280     /* NVIC_ICPR0 - Interrupt Clear-Pending Registers */
        ldr r2, =0xffffffff
        mov r3, #8

就这样我们说了半天才找到程序开始运行的地方，目前真正的主角MQX还没有运行，可以说MQX是一个浩大的工程，内容之多会让人生畏，不过它的确值得我们花时间去研究。在此我想说一下，要想研究一个拥有如此庞大代码量的系统，一个好的编辑工具是必须的。本人用的是vim，具体好处就不说了，本文说提到的各种变量的关系都是我用其中的vimgrep命令搜出来的，幸好有这个工具，不然我根本不可能在在这几十兆的代码中找出互相对应的文件。此外我也推荐使用source insight，也是文本编辑的一大神器。

最后看一下keil的运行界面，来证实我们上述的分析。