全局變量的初始值，是在哪里賦值的？

最近，有個好學(xué)的小伙子突然問了我一個問題： 全局變量的初始值，是在哪里賦值的？ 這個問題雖然說不是很重要，但是我很好奇。 為了給講清楚這個原理過程，我專門建立一個基于Renesas RH850的簡單工程，挖一挖里面的技術(shù)細(xì)節(jié)。 我在main.c文件中定義了隨便這幾個變量

int counter, accumulator = 0, limit_value = 1000000;
unsigned char str_aa55[2] = {0xAA,0x55};
unsigned int int_1122334455667788 = 0x11223344;
unsigned int int_55667788 = 0x55667788;
int bss_val;
void main(void)
{
? ? 
}

然后，直接仿真查看，跟你我想的一樣，在main函數(shù)之前就初始化完成了，即這些變量都自動初始化賦值了。 讓人好奇的是，它是怎么做到的？ 單片機(jī)的啟動程序一般都是很簡單的，即使匯編也沒多少行，直接翻出來看看也許會知道答案。

? -- Clear local RAM
? mov ___ghs_ramstart, r6 ?-- start of local RAM
? mov ___ghs_ramend, r7 ? ?-- end of local RAM
? mov r0, r1
1:
? st.dw ? r0, 0[r6]
? addi ? ?8, r6, r6
? cmp r7, r6
? bl 1b
? -- Jump to the HW initialisation function
? jarl ?___lowinit, lp
? -- Jump to the initialisation functions of the library
? -- and from there to main()
? jr __start

以上這段匯編，根據(jù)旁邊的注釋其實(shí)很容易理解，前半部分就是將內(nèi)存Local RAM初始化清零，即這段匯編可以見到梳理成 RAM清零--->執(zhí)行___lowinit--->執(zhí)行__start--->進(jìn)入main函數(shù) 既然前面給RAM清零了，那么此時的全局變量應(yīng)該全是0值吧，那可以推測，給全局變量賦初始值應(yīng)該是在___lowinit或__start了，但是這兩個東西是編譯環(huán)境里某個庫的，暫時看不到源碼。 但是，最終通過仿真查看變量值的方式，可以定位，給全局變量賦初始值是在__start里面。 此時，雖然我知道了它在哪里給全局變量初始化了，但是并不知道是怎樣初始化的。 我還是很好奇，本著刨根問底的精神繼續(xù)挖掘。 但是我在這個RH850的代碼工程里面是找不到這個__start的源碼內(nèi)容的，仿真看匯編折騰了半天，突然想了下，為啥不換個其他工程試試，例如試試NXP S32K的？ 于是，我創(chuàng)建了一個NXP S32K1xx的代碼工程，仍然定義這幾個變量

int counter, accumulator = 0, limit_value = 1000000;
unsigned char str_aa55[2] = {0xAA,0x55};
unsigned int ?int_1122334455667788 = 0x11223344;
unsigned int ?int_55667788 = 0x55667788;
int?bss_val;

同樣的討論，直接翻啟動文件的匯編代碼

? ? /* Init .data and .bss sections */
? ? ldr ? ? r0,=init_data_bss
? ? blx ? ? r0

還是歐美的芯片簡單粗暴，不像小日子做的初始化還有藏進(jìn)庫里。這不是很明顯嘛，init_data_bss就是初始化全局變量的，以下截取了部分代碼，也很容易理解。

void init_data_bss(void)
{
    /*?......?*/
? ? /* Data */
? ? data_ram ? ? ? ?= (uint8_t *)__DATA_RAM;
? ? data_rom ? ? ? ?= (uint8_t *)__DATA_ROM;
? ? data_rom_end ? ?= (uint8_t *)__DATA_END;
????/*?......?*/
? ? /* BSS */
? ? bss_start ? ? ? = (uint8_t *)__BSS_START;
? ? bss_end ? ? ? ? = (uint8_t *)__BSS_END;
? ? /* ...... */
? ? 
? ? /* Copy initialized data from ROM to RAM */
? ? while (data_rom_end != data_rom)
? ? {
? ? ? ? *data_ram = *data_rom;
? ? ? ? data_ram++;
? ? ? ? data_rom++;
? ? }
? ? 
? ? /* ...... */
? ? /* Clear the zero-initialized data section */
? ? while(bss_end != bss_start)
? ? {
? ? ? ? *bss_start = 0;
? ? ? ? bss_start++;
? ? }
????/*?......?*/
}

?

?

?

data段data_ram的初始化內(nèi)容就是從data_rom來，而data_rom是從__DATA_ROM來。 那么，__DATA_ROM是什么東西，從哪里呢？ 搜一搜工程里面的代碼，很簡單，這是從ld文件來

?

/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
? /* … */
? /* SRAM_L */
  m_data ? (RW) ?: ORIGIN = 0x1FFF8000, LENGTH = 0x00008000
?m_data_2??(RW)??:?ORIGIN?=?0x20000000,?LENGTH?=?0x00007000


? /* … */
  .data : AT(__DATA_ROM)
? {
? ? . = ALIGN(4);
? ? __DATA_RAM = .;
? ? __data_start__ = .; ? ? ?/* Create a global symbol at data start. */
? ? *(.data) ? ? ? ? ? ? ? ? /* .data sections */
? ? *(.data*) ? ? ? ? ? ? ? ?/* .data* sections */
? ? . = ALIGN(4);
? ? __data_end__ = .; ? ? ? ?/* Define a global symbol at data end. */
? } > m_data


? __DATA_END = __DATA_ROM + (__data_end__ - __data_start__);
? __CODE_ROM = __DATA_END; /* Symbol is used by code initialization. */




? /* Uninitialized data section. */
? .bss :
? {
? ? /* This is used by the startup in order to initialize the .bss section. */
? ? . = ALIGN(4);
? ? __BSS_START = .;
? ? __bss_start__ = .;
? ? *(.bss)
? ? *(.bss*)
? ? *(COMMON)
? ? . = ALIGN(4);
? ? __bss_end__ = .;
? ? __BSS_END = .;
? } > m_data_2

這里簡單介紹下，帶有初始化值（非0）全局變量（例如unsigned int ?int_55667788 = 0x55667788;），都是定義在data段的，而未定義初始化值的全局變量，是分在bss段的（例如int?bss_val;）。 到底是不是我說的這樣子，直接查看map文件中的變量名和對應(yīng)地址或段名就知道了

.data ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ?0x42c load address 0x000009cc
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ? ? ? ? ? ?. = ALIGN (0x4)
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ? ? ? ? ? ?__DATA_RAM = .
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ? ? ? ? ? ?__data_start__ = .
?*(.data)
?*(.data*)
?.data.limit_value
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ? ?0x4 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8400 ? ? ? ? ? ? ? ?limit_value
?.data.str_aa55
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8404 ? ? ? ?0x2 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8404 ? ? ? ? ? ? ? ?str_aa55
?*fill* ? ? ? ? 0x1fff8406 ? ? ? ?0x2 
?.data.int_11223344
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8408 ? ? ? ?0x4 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff8408 ? ? ? ? ? ? ? ?int_11223344
?.data.int_55667788
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff840c ? ? ? ?0x4 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x1fff840c ? ? ? ? ? ? ? ?int_55667788




.bss ? ? ? ? ? ?0x20000000 ? ? ? 0x28
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000000 ? ? ? ? ? ? ? ?. = ALIGN (0x4)
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000000 ? ? ? ? ? ? ? ?__BSS_START = .
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000000 ? ? ? ? ? ? ? ?__bss_start__ = .
?*(.bss)
?*(.bss*)
?.bss.accumulator
? ? ? ? ? ? ? ? 0x2000001c ? ? ? ?0x4 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x2000001c ? ? ? ? ? ? ? ?accumulator
?*(COMMON)
?COMMON ? ? ? ? 0x20000020 ? ? ? ?0x8 ./src/main.o
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000020 ? ? ? ? ? ? ? ?bss_val
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000024 ? ? ? ? ? ? ? ?counter
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000028 ? ? ? ? ? ? ? ?. = ALIGN (0x4)
? ? ? ? ? ? ? ? 0x20000028 ? ? ? ? ? ? ? ?__bss_end__ = .
????????????????0x20000028????????????????__BSS_END?=?.


????????????????0x000009cc????????????????__DATA_ROM?=?.

? 另外，從這map文件里也可以看到，這個__DATA_ROM對應(yīng)的地址是0x000009cc，也就是說，這些

int limit_value = 1000000;
unsigned char str_aa55[2] = {0xAA,0x55};
unsigned int  int_1122334455667788 = 0x11223344;
unsigned int  int_55667788 = 0x55667788;

等等變量的的初始值是來源于0x000009cc這里。 那就直接查看生成的hex文件

?

?

是不是很巧，是不是很妙？！ 不過，還是很好奇，這是怎么做到的，怎么恰巧這些值就在這個地址呢？ 秘密就在于ld文件里的這個語句：.data : AT(__DATA_ROM) 意思是，定義在data段的變量對應(yīng)的初始化值，就放在__DATA_ROM中。就這么簡單，剩下的交給編譯器就行了。 這里順便提一下，排查跟蹤這些信息需要掌握編譯鏈接相關(guān)知識，特別是鏈接腳本和生成的map內(nèi)容，我之前也跟我身邊的很多小伙伴講過這些內(nèi)容，但是我建議系統(tǒng)地看看這些內(nèi)容。我之前是無意中從《程序員的自我修養(yǎng)》這本書學(xué)到的，最大的感受就是讓我得到了啟發(fā)，在往后的編程日子里更關(guān)注MCU地址、編譯和鏈接方面的內(nèi)容，對排查底層問題相當(dāng)有幫助。

S32K1的工程很清楚了，但是RH850的呢？一根筋的程序員，還是想知道__start到底干了啥？它所在的庫又是怎么鏈接進(jìn)來的，是怎么初始化的？ 對這個問題一直記在心里，是一個化不開的結(jié)。終于某一天，我居然真的無意中發(fā)現(xiàn)了__start的源碼，感嘆小日子真的有一手。

編輯：黃飛

?