什么是数据段初始值设定项？

Question

我正在为在

STM32F3Discovery

板上运行的裸机应用程序构建链接器脚本。它使用位于

STM32Cube_FW_F3

包（确切地说是

stm32f303xc.s

文件）中的 CMSIS 驱动程序的启动代码。

上述文件（其片段粘贴在下面）引用了

_sidata

：

/* start address for the initialization values of the .data section.
defined in linker script */
.word   _sidata
/* start address for the .data section. defined in linker script */
.word   _sdata
/* end address for the .data section. defined in linker script */
.word   _edata
/* start address for the .bss section. defined in linker script */
.word   _sbss
/* end address for the .bss section. defined in linker script */
.word   _ebss

对数据和 bss 部分的开始和结束的引用是不言自明的，另一方面，我无法找到有关数据段初始值设定项的任何信息。复位后设置 SP 后直接使用。

stm32f303xc.s

    .section    .text.Reset_Handler
    .weak   Reset_Handler
    .type   Reset_Handler, %function
Reset_Handler:
  ldr   sp, =_estack    /* Atollic update: set stack pointer */

/* Copy the data segment initializers from flash to SRAM */
  movs  r1, #0
  b LoopCopyDataInit

CopyDataInit:
    ldr r3, =_sidata
    ldr r3, [r3, r1]
    str r3, [r0, r1]
    adds    r1, r1, #4

LoopCopyDataInit:
    ldr r0, =_sdata
    ldr r3, =_edata
    adds    r2, r0, r1
    cmp r2, r3
    bcc CopyDataInit
    ldr r2, =_sbss
    b   LoopFillZerobss
/* Zero fill the bss segment. */
FillZerobss:
    movs    r3, #0
    str r3, [r2], #4

LoopFillZerobss:
    ldr r3, = _ebss
    cmp r2, r3
    bcc FillZerobss

/* Call the clock system intitialization function.*/
    bl  SystemInit
/* Call static constructors */
    bl __libc_init_array
/* Call the application's entry point.*/
    bl  main

_sidata

应该指向哪个内存片段？它与数据段有何关系？

Answer 1

数据段将位于 RAM 中。由于 RAM 在断电时不会保存其内容，因此必须在启动时从闪存复制数据段的初始值。为此，

.data

段的初始内容的副本位于

_sidata

标签处；启动代码将其复制到实际数据段中。

Answer 2

答案可以在 GNU 链接器手册的主题 VMA 和 LMA 下找到，它们分别代表“虚拟内存地址”和“加载内存地址”。对于初始化数据（非零），我们需要一个副本来初始化。这是通过具有以下节的链接描述文件放置在闪存中的，

 /* 启动时用来初始化数据 */
  _sidata = LOADADDR(.data);

  /* 将数据部分初始化到“RAM”Ram 类型存储器中 */
  。数据 ：
  {
    。 =对齐(4); /* 不是对齐，这什么也不做。 */
    _sdata = .; /* 在数据开始处创建一个全局符号 */
    *(.data) /* .data 部分 */
    *(.data*) /* .data* 部分 */

    。 =对齐(4); /* 对齐（下一节）。 */
    _edata = .; /* 在数据端定义一个全局符号 */
    
  } >RAM AT> 闪存

“AT>FLASH”表示初始数据放置在FLASH部分，而

LOADADDR()

是获取该地址（LMA）的函数。该部分放置在

>RAM

中，以便对这些变量的所有代码引用都将被修复以使用“工作”地址（术语 VMA）。

_sidata、_sdata和_edata都是在链接器文件中声明的变量。它们可用作“C”或汇编代码中的地址。

另一方面，我无法找到有关数据段初始值设定项的任何信息

希望以上解释了这一点。同样，链接器文件的“RAM”版本包含这些变量，并将数据复制到自身。 所以，STM32的作者们似乎也很困惑。

---

这段代码非常可疑。让我们开始吧，

 .word   _sidata

这是为使用全局地址的数据腾出空间

_sidata

。它存在于链接器命令文件中。真正的用途应该是

.extern _sidata

，但这是默认的。该文件的整个前导部分没有任何作用？

---

/* Copy the data segment initializers from flash to SRAM */  
  movs  r1, #0         ; r1 is a counter up to size. 
  b  LoopCopyDataInit
CopyDataInit:
  ldr  r3, =_sidata    ; reload flash pointer
  ldr  r3, [r3, r1]    ; add count to flash pointer and get value
  str  r3, [r0, r1]    ; store value to RAM
  adds  r1, r1, #4     ; increment counter
    
LoopCopyDataInit:
  ldr  r0, =_sdata     ; (re)load destination
  ldr  r3, =_edata     ; (re)load end destination
  adds  r2, r0, r1     ; add count to start
  cmp  r2, r3          ; are we at end?
  bcc  CopyDataInit    ; loop.
 

这段代码效率很低而且很复杂；循环体有九个指令，并不断重新计算值。它有五个内存访问。 gnu 链接器手册给出了在“C”中执行此操作的公式，并且可以在 gnu 汇编器中轻松使用相同的符号。

.extern _sidata   /* Source of init data in flash. */
.extern _sdata    /* Target/start of init data in RAM. */
.extern _edata    /* End of init data in RAM. */

ldr r0, =_sidata
ldr r1, =_sdata
ldr r2, =_edata

/** Validate parameters. */
cmp   r1, r2       /* Zero size */
it    ne
cmpne r0, r1       /* Src is dest */
beq   2f           /* Skip it. */

1: /* init data copy loop */
ldr r3, [r0], #4  /* Load from flash and update source pointer. */
str r3, [r1], #4  /* Store to RAM and update dest pointer. */
cmp r1, r2
blo 1b
2:                /* exit */

很容易看出，一些填充和对齐将允许内部循环（四个指令和两个内存访问）展开和/或转换为

ldm

和

stm

。我用得越多，整个STM32代码集就显得像Mikey mouse。上面的替代代码将按照 gnu ld 手册使用编译器生成，但在数据对齐时使用 指针而不是 char。即，循环， uint32_t一般主题是

ARM memcpy() 优化

。由于我们可以控制链接器脚本，因此可以通过链接器脚本强制保证源对齐和大小，以避免头/尾对齐问题。在我的链接器脚本中，此对齐方式是四个字节。

从手臂上的内存运行代码

• ARM 镜像的最后地址
• ARM 汇编器中的重定位