RT-Thread記錄（二、RT-Thread內(nèi)核啟動流程）

在上一篇文章中，我們了解了RT-Thread的版本以及開發(fā)環(huán)境，使用RT-Thread Studio成功創(chuàng)建了一個工程。
但是要了解一個操作系統(tǒng)，內(nèi)核的了解是必不可少的，
我們今天就在前面我們RT-Thread Studio工程基礎之上講一講RT-Thread內(nèi)核啟動流程

RT-Thread啟動流程

1、基礎介紹
2、源碼分析

2.1 匯編部分 — startup_xxxx.s說明
2.2 C部分 — rtthread_startup 說明
2.2.1 板級硬件初始化 — rt_hw_board_init
板級硬件初始化更新說明
2.2.2 RT-Thread 堆和?？臻g說明（與FreeRTOS不同）
2.2.3 main線程創(chuàng)建 — rt_application_init
2.2.4 調(diào)度器說明

1、基礎介紹

在裸機程序中，一般在 .s 文件中就跳轉到 _main從而跳轉到 main()函數(shù)啟動，而 RT-Thread 啟動會先跳轉到其啟動函數(shù) rtthread_startup()進行一系列的必要的初始化，最后才跳轉至 main()函數(shù)。

簡單來說就是： 程序啟動，通過 startup_xxxx.s 文件（匯編語言）跳轉到 RT-Thread啟動函數(shù)rtthread_startup() （C語言），再通過 rtthread_startup() 跳轉到 main()（C語言）函數(shù)。

官方的圖片很詳細的表明了這個流程：

在 RT-Thread 中，會把 main()函數(shù) 當成是一個線程。這個在 rtthread_startup() 就會將 main() 創(chuàng)建成一個線程，除此之外，rtthread_startup() 還會創(chuàng)建timer 線程 和 空閑線程 這兩個線程。

結合上圖，下面我們通過上篇文章創(chuàng)建的示例代碼來說明一下這個流程。

2、源碼分析

2.1 匯編部分 — startup_xxxx.s說明

打開RT-Thread Studio工程，在哪里找到 startup_xxxx.s 文件呢，看下面一張圖：

我們找到了啟動文件，可以打開查看，啟動文件的說明我在我在另一篇博文有詳細的介紹：

STM32的啟動過程 — startup_xxxx.s文件解析（更新GCC環(huán)境下的啟動文件分析）

已經(jīng)講解的比較詳細了，這里我只把主要的簡單說明一下。在上面推薦的博文中講到過，GCC環(huán)境下面的啟動，需要兩個文件，一個是 startup_xxxx.s文件,還一個是 .ld鏈接文件，我們先看一下鏈接文件：

在以前講過，GCC下的鏈接文件主要制定了入口函數(shù)，堆棧大小和數(shù)據(jù)段的整體布局。在上圖中我們看到值定義了系統(tǒng)棧的大小，并沒有定義堆大小。

這里為什么只定義系統(tǒng)棧？
雖然我們在其他博文說過，如果不用 malloc函數(shù)，不需要用到堆，這里沒有定義是因為在后面初始化的時候會根據(jù)是否使用堆，來定義堆的大小。
在本文下面板級硬件初始化部分有介紹說明。

然后就簡單來看一下 startup_xxxx.s文件，首先我們找到上電執(zhí)行的第一個指令 Reset_Handler（芯片剛上電，就是上電復位，直接就會觸發(fā)Reset_Handler）：

上圖中所進行的操作不理解的可以查看博文：

STM32的內(nèi)存管理相關（內(nèi)存架構，內(nèi)存管理，map文件分析）

完成數(shù)據(jù)搬運以后，就是系統(tǒng)基本的初始化，如下圖：

完成基本初始化，MCU得以運行起來，就跳轉到我們上面基礎介紹里面說到的入口函數(shù)，如下圖：

通過上面的步驟，最終就從 .s 中的匯編跳轉到了 C語言部分，通過入口函數(shù)跳轉到 rtthread_startup函數(shù)，我們通過下面的介紹說明一下，進入rtthread_startup函數(shù) 后，RT-Thread 確實做了哪些工作。

2.2 C部分 — rtthread_startup 說明

在本文第一節(jié)基礎介紹中通過官方的一張圖表示了進入rtthread_startup后，所會進行的操作，我們上面也說明了工程是怎么進入 rtthread_startup 函數(shù)的，那么進入 rtthread_startup函數(shù) 后執(zhí)行了哪些操作,如下圖：

補充說明： 上圖中的SMP相關，是與多核處理器有關的設置。

上面的過程很好理解，主要有做了以下工作：

1、基本的硬件初始化；

2、一定會創(chuàng)建main現(xiàn) 線程；

3、根據(jù)是否使用軟件定時器創(chuàng)建 time r線程；

4、一定會創(chuàng)建 idle 線程；

5、初始化開啟調(diào)度器；

其中有一些初始化我們可以更加深入的看看具體的操作：

2.2.1 板級硬件初始化 — rt_hw_board_init

在上圖找那個，板級硬件初始化最后調(diào)用了rt_components_board_init()函數(shù)，這個函數(shù)如下：

rt_components_board_init()函數(shù)會把所有 INIT_BOARD_EXPORT 的設備都初始化，這里暫時不介紹是如何實現(xiàn)的，但是有必要說明一下。

比如我們什么外設都沒使能，但是使用到了串口1作為打印LOG的設備，所以串口1 必定會被使能，那么這個初始化就是在這里完成的，我們可以在工程 drivers 文件夾里的drv_usart.c 文件中查看到串口相關的初始化代碼，我們可以看到如下圖所示部分（此部分串口1 的說明有待確認，因為后期加了其他串口以后回頭來看這個地方，并沒有發(fā)現(xiàn)下圖代碼……）：

板級硬件初始化更新說明

對于上圖提到的串口會使用 INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_usart_init)，后續(xù)我反而并沒有找到圖示代碼，也不知道是因為版本問題還是什么原因，這里需要補充說明一下：

硬件設備的初始化是在hw_board_init函數(shù)中的：

2.2.2 RT-Thread 堆和?？臻g說明（與FreeRTOS不同）

在上圖中，有一點比較特殊，就是對 堆 空間的初始化，我們以前遇到的都是在啟動文件中定義好堆?？臻g，而我們上面分析 RT-Thread 啟動文件的時候，只定義了棧空間，堆空間沒有定義，其實是放在了這個地方：

剛開始看到這里還有個疑問，HEAP 把余下 所有的 RAM 都使用了，按照以前的理解，系統(tǒng)棧應該是在最后面的位置的，這里是怎么回事？

關于 系統(tǒng)棧位置的問題，可以參考博文：RTOS的 任務棧 和 系統(tǒng)棧

上面我們通過源碼看到的結論和 這篇博文說到的不一樣（當時是用裸機和 FreeRTOS作為例子說明的），然后在 RT-Thread 下，系統(tǒng)棧的位置在什么地方，于是乎回頭看了看定義數(shù)據(jù)段整體布局的鏈接文件：

通過鏈接文件我們可以推斷 .stack 的位置，那么為了確認一下，我們可以查看程序編譯過后的 .map文件：

在 RAM 數(shù)據(jù)段我們可以查看數(shù)據(jù)存放的位置，找到關于 系統(tǒng)棧的位置部分：

確認了在 RT-Thread 中，系統(tǒng)棧的位置是確實存放于 .data 段和 .bss 之間的，所以堆空間即便使用了余下全部的 ram 空間也是沒有問題的。

2.2.3 main線程創(chuàng)建 — rt_application_init

在 RT-Thread 中，創(chuàng)建了一個名字為 "main" 的線程來調(diào)用 main() 函數(shù)，就是在rtthread_startup函數(shù)中的rt_application_init()，如下圖：

2.2.4 調(diào)度器說明

調(diào)度器是操作系統(tǒng)的核心知識，調(diào)度器是基于鏈表進行操作的，具體的原理將來會單獨寫一篇文章說明，這里我們就簡單的過一遍，知道函數(shù)的用意。

在rtthread_startup函數(shù)中，使用rt_system_scheduler_init();初始化調(diào)度器，rt_system_scheduler_start();開啟調(diào)度器，開啟調(diào)度器之后，線程之間就會根據(jù)一定的規(guī)則進行切換（時間片，優(yōu)先級）：

開啟調(diào)度器后，會在就緒列表中找到最高優(yōu)先級的線程，然后通過設置 線程指針（PSP），來跳轉到對應的位置執(zhí)行：

線程指針什么意思，可以參考博文：FreeRTOS記錄（三、FreeRTOS任務調(diào)度原理解析_Systick、PendSV、SVC）

至此，整個系統(tǒng)就正常跑起來了，然后用戶運行自己想要做的事情，可以在 main 中設計自己的應用代碼，或者創(chuàng)建線程。