全局变量的初始值，是在哪里赋值的？
最近，有个好学的小伙子突然问了我一个问题： 全局变量的初始值，是在哪里赋值的？ 这个问题虽然说不是很重要，但是我很好奇。 为了给讲清楚这个原理过程，我专门建立一个基于renesas rh850的简单工程，挖一挖里面的技术细节。 我在main.c文件中定义了随便这几个变量
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，跟你我想的一样，在main函数之前就初始化完成了，即这些变量都自动初始化赋值了。 让人好奇的是，它是怎么做到的？ 单片机的启动程序一般都是很简单的，即使汇编也没多少行，直接翻出来看看也许会知道答案。 -- clear local ram mov ___ghs_ramstart, r6 -- start of local ram mov ___ghs_ramend, r7 -- end of local ram mov r0, r11: 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以上这段汇编，根据旁边的注释其实很容易理解，前半部分就是将内存local ram初始化清零，即这段汇编可以见到梳理成 ram清零--->执行___lowinit--->执行__start--->进入main函数 既然前面给ram清零了，那么此时的全局变量应该全是0值吧，那可以推测，给全局变量赋初始值应该是在___lowinit或__start了，但是这两个东西是编译环境里某个库的，暂时看不到源码。 但是，最终通过仿真查看变量值的方式，可以定位，给全局变量赋初始值是在__start里面。 此时，虽然我知道了它在哪里给全局变量初始化了，但是并不知道是怎样初始化的。 我还是很好奇，本着刨根问底的精神继续挖掘。 但是我在这个rh850的代码工程里面是找不到这个__start的源码内容的，仿真看汇编折腾了半天，突然想了下，为啥不换个其他工程试试，例如试试nxp s32k的？ 于是，我创建了一个nxp s32k1xx的代码工程，仍然定义这几个变量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;同样的讨论，直接翻启动文件的汇编代码 /* init .data and .bss sections */ ldr r0,=init_data_bss blx r0还是欧美的芯片简单粗暴，不像小日子做的初始化还有藏进库里。这不是很明显嘛，init_data_bss就是初始化全局变量的，以下截取了部分代码，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的初始化内容就是从data_rom来，而data_rom是从__data_rom来。 那么，__data_rom是什么东西，从哪里呢？ 搜一搜工程里面的代码，很简单，这是从ld文件来
/* 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这里简单介绍下，带有初始化值（非0）全局变量（例如unsigned int int_55667788 = 0x55667788;），都是定义在data段的，而未定义初始化值的全局变量，是分在bss段的（例如int bss_val;）。 到底是不是我说的这样子，直接查看map文件中的变量名和对应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，从这map文件里也可以看到，这个__data_rom对应的地址是0x000009cc，也就是说，这些int limit_value = 1000000;unsigned char str_aa55[2] = {0xaa,0x55};unsigned int int_1122334455667788 = 0x11223344;unsigned int int_55667788 = 0x55667788;等等变量的的初始值是来源于0x000009cc这里。 那就直接查看生成的hex文件
是不是很巧，是不是很妙？！ 不过，还是很好奇，这是怎么做到的，怎么恰巧这些值就在这个地址呢？ 秘密就在于ld文件里的这个语句：.data : at(__data_rom) 意思是，定义在data段的变量对应的初始化值，就放在__data_rom中。就这么简单，剩下的交给编译器就行了。 这里顺便提一下，排查跟踪这些信息需要掌握编译链接相关知识，特别是链接脚本和生成的map内容，我之前也跟我身边的很多小伙伴讲过这些内容，但是我建议系统地看看这些内容。我之前是无意中从《程序员的自我修养》这本书学到的，最大的感受就是让我得到了启发，在往后的编程日子里更关注mcu地址、编译和链接方面的内容，对排查底层问题相当有帮助。
s32k1的工程很清楚了，但是rh850的呢？一根筋的程序员，还是想知道__start到底干了啥？它所在的库又是怎么链接进来的，是怎么初始化的？ 对这个问题一直记在心里，是一个化不开的结。终于某一天，我居然真的无意中发现了__start的源码，感叹小日子真的有一手。
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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，跟你我想的一样，在main函数之前就初始化完成了，即这些变量都自动初始化赋值了。 让人好奇的是，它是怎么做到的？ 单片机的启动程序一般都是很简单的，即使汇编也没多少行，直接翻出来看看也许会知道答案。 -- clear local ram mov ___ghs_ramstart, r6 -- start of local ram mov ___ghs_ramend, r7 -- end of local ram mov r0, r11: 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以上这段汇编，根据旁边的注释其实很容易理解，前半部分就是将内存local ram初始化清零，即这段汇编可以见到梳理成 ram清零--->执行___lowinit--->执行__start--->进入main函数 既然前面给ram清零了，那么此时的全局变量应该全是0值吧，那可以推测，给全局变量赋初始值应该是在___lowinit或__start了，但是这两个东西是编译环境里某个库的，暂时看不到源码。 但是，最终通过仿真查看变量值的方式，可以定位，给全局变量赋初始值是在__start里面。 此时，虽然我知道了它在哪里给全局变量初始化了，但是并不知道是怎样初始化的。 我还是很好奇，本着刨根问底的精神继续挖掘。 但是我在这个rh850的代码工程里面是找不到这个__start的源码内容的，仿真看汇编折腾了半天，突然想了下，为啥不换个其他工程试试，例如试试nxp s32k的？ 于是，我创建了一个nxp s32k1xx的代码工程，仍然定义这几个变量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;同样的讨论，直接翻启动文件的汇编代码 /* init .data and .bss sections */ ldr r0,=init_data_bss blx r0还是欧美的芯片简单粗暴，不像小日子做的初始化还有藏进库里。这不是很明显嘛，init_data_bss就是初始化全局变量的，以下截取了部分代码，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的初始化内容就是从data_rom来，而data_rom是从__data_rom来。 那么，__data_rom是什么东西，从哪里呢？ 搜一搜工程里面的代码，很简单，这是从ld文件来
/* 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这里简单介绍下，带有初始化值（非0）全局变量（例如unsigned int int_55667788 = 0x55667788;），都是定义在data段的，而未定义初始化值的全局变量，是分在bss段的（例如int bss_val;）。 到底是不是我说的这样子，直接查看map文件中的变量名和对应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，从这map文件里也可以看到，这个__data_rom对应的地址是0x000009cc，也就是说，这些int limit_value = 1000000;unsigned char str_aa55[2] = {0xaa,0x55};unsigned int int_1122334455667788 = 0x11223344;unsigned int int_55667788 = 0x55667788;等等变量的的初始值是来源于0x000009cc这里。 那就直接查看生成的hex文件
是不是很巧，是不是很妙？！ 不过，还是很好奇，这是怎么做到的，怎么恰巧这些值就在这个地址呢？ 秘密就在于ld文件里的这个语句：.data : at(__data_rom) 意思是，定义在data段的变量对应的初始化值，就放在__data_rom中。就这么简单，剩下的交给编译器就行了。 这里顺便提一下，排查跟踪这些信息需要掌握编译链接相关知识，特别是链接脚本和生成的map内容，我之前也跟我身边的很多小伙伴讲过这些内容，但是我建议系统地看看这些内容。我之前是无意中从《程序员的自我修养》这本书学到的，最大的感受就是让我得到了启发，在往后的编程日子里更关注mcu地址、编译和链接方面的内容，对排查底层问题相当有帮助。
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全局变量的初始值，是在哪里赋值的？
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台积电在2021年开始危险生产3纳米Apple Silicon芯片
Boost型PFC电路的控制原理
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国芯思辰对标TI THS6212，线驱动器CN6212应用于电力线载波方案
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