STM32 - Dodanie funkcji wykonywanych przed main.

W tym poście chciałbym opisać sposób dodawania wykonywania funkcji przed funkcją main. 

[Źródło: http://www.st.com/en/evaluation-tools/stm32f4discovery.html]

Przed funkcją main wywoływany jest skrypt startowy oraz skrypt linkera. Czyli pliki Startup oraz *_FLASH.ld (domyślnie stosowany, *_RAM.ld nie jest wykorzystywany). 

Skrypt linkera zawiera informacje o pamięci układu 

Na samym początku trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie po co właściwie wywoływać funkcję przed funkcją główną main. Jednym z powodów może być oddzielenie części funkcji testowych od reszty 

programu. W przypadku gdy chcemy wywoływać wcześniej testy jednostkowe lub testy sprzętowe. 

Można to wykonać na dwa sposoby (przynajmniej te które są mi znane). 

Pierwszy sposób:

Tutaj należy zmodyfikować plik startup (np. startup_stm32f407vgtx.s) 

1. /* Call the clock system intitialization function.*/
2.   bl  SystemInit  
3. /* Call static constructors */
4.   bl __libc_init_array
5. /* Call the application's entry point.*/
6.   bl  main
7.   bx  lr    
8. .size  Reset_Handler, .-Reset_Handler

Powyżej widać listę rzeczy jaka jest wykonywana przed funkcją main. W tym przypadku domyślnie wywoływana jest funkcja SystemInit. Domyślnie wykonuje ona następujące operacje:

1. void SystemInit(void)
2. {
3.   /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
4.   #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
5.     SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
6.   #endif
7.  
8. #if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
9.   SystemInit_ExtMemCtl();
10. #endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
11.  
12.   /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
13. #if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
14.   SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
15. #endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */
16. }

W starszych wersjach CubeMx funkcja wygląda następująco: 

1. void SystemInit(void)
2. {
3.   /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
4.   #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
5.     SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
6.   #endif
7. 
   
8.   /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
9.   /* Set HSION bit */
10.   RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
11.   /* Reset CFGR register */
12.   RCC->CFGR = 0x00000000;
13.   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
14.   RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
15.   /* Reset PLLCFGR register */
16.   RCC->PLLCFGR = 0x24003010;
17.   /* Reset HSEBYP bit */
18.   RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
19.   /* Disable all interrupts */
20.   RCC->CIR = 0x00000000;
21.  
22. #if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
23.   SystemInit_ExtMemCtl();
24. #endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
25.  
26.   /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
27. #if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
28.   SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
29. #endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */
30. }

Jeśli chcemy wywołać tutaj zestaw testów jednostkowych to należy pamiętać, że musi być sposób sprawdzenia wyników takich operacji. Oznacza to konieczność uruchomienia nie tylko samych testów jak i zegarów i interfejsu UART (lub dowolnego innego) na który będą przesyłane części informacji. 

Wobec tego zmieniamy punkt wejścia w następujący sposób:

1. /* Call the clock system intitialization function.*/
2.   bl  SystemInit  
3. /* Call static constructors */
4.     bl __libc_init_array
5. /* Call the application's entry point.*/
6.   bl  firstfunct//main
7.   bx  lr    

Pierwsza funkcja może wyglądać następująco:

1. int firstfunct(void)
2. {
3.     HAL_Init();
4.    
5.     SystemClock_Config();
6.     MX_USART2_UART_Init();
7.     Testsuite_RunTests();
8.     HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)"ZZZ\r\n" , 9, 100);
9.    
10.     main();
11.    
12.     return 0;
13. }

Wobec tego, że jest zdefiniowany jeden punkt wejścia, to główną funkcję main wywołuje z firstfunct po przeprowadzeniu testów. 

Można także wykonać dodanie funkcji przed funkcją main. Jak poniżej:

1. /* Call the clock system intitialization function.*/
2.   bl  SystemInit  
3. /* Call static constructors */
4.     bl __libc_init_array
5. /* Call the application's entry point.*/
6.   bl  firstfunct
7.   bl  main
8.   bx  lr    
9. .size  Reset_Handler, .-Reset_Handler

W takim przypadku pomijam wywołanie funkcji main z firstfunct, ponieważ wykona się ona osobno.

Wyniki testów/operacji można zapisać w wydzielonej części pamięci lub gdy na płycie znajduje się osobna kość, to tam przechowywać wyniki operacji testowych. 

Drugi sposób:

Teraz wykorzystam atrybuty funkcji dla kompilatora GCC, a dokładniej atrybut constructor:

1. int firstfunct(void) __attribute__((constructor));
2. int firstfunct(void)
3. {
4.     HAL_Init();
5.  
6.     SystemClock_Config();
7.     MX_USART2_UART_Init();
8.     Testsuite_RunTests();
9.     HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)"nnn\r\n" , 9, 100);
10.  
11.     return 0;
12. }

W tym przypadku nie ma potrzeby edycji pliku startup_*. s. Funkcja zostaje wywołana razem z inicjalizacją współdzielonych bibliotek. 

Można też wykorzystać sposób przez wywołanie wielu funkcji w określonej kolejności przez dodanie priorytetów (wartości od 100). 

1. void second(void) __attribute__((constructor(103)));
2. void third(void) __attribute__((constructor(102)));

Mechanizmy przedstawione powyżej mogą zostać użyte do inicjalizacji zmiennych, bibliotek, czy szyfrowania danych.

Linki:

http://www.ue.eti.pg.gda.pl/~bpa/kolo_chip/warsztaty2017_stm32/Slides/06_HAL%20Theory.pdf

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Common-Function-Attributes.html#Common-Function-Attributes