在上一篇文章中，我們了解了RT-Thread的版本以及開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用RT-Thread Studio成功創(chuàng)建了一個(gè)工程。
但是要了解一個(gè)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(chǔ)之上講一講RT-Thread內(nèi)核啟動(dòng)流程

RT-Thread啟動(dòng)流程

1、基礎(chǔ)介紹
2、源碼分析

2.1 匯編部分 — startup_xxxx.s說(shuō)明
2.2 C部分 — rtthread_startup 說(shuō)明
2.2.1 板級(jí)硬件初始化 — rt_hw_board_init
板級(jí)硬件初始化更新說(shuō)明
2.2.2 RT-Thread 堆和棧空間說(shuō)明（與FreeRTOS不同）
2.2.3 main線(xiàn)程創(chuàng)建 — rt_application_init
2.2.4 調(diào)度器說(shuō)明

1、基礎(chǔ)介紹

在裸機(jī)程序中，一般在 .s 文件中就跳轉(zhuǎn)到 _main從而跳轉(zhuǎn)到 main()函數(shù)啟動(dòng)，而 RT-Thread 啟動(dòng)會(huì)先跳轉(zhuǎn)到其啟動(dòng)函數(shù) rtthread_startup()進(jìn)行一系列的必要的初始化，最后才跳轉(zhuǎn)至 main()函數(shù)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是： 程序啟動(dòng)，通過(guò) startup_xxxx.s 文件（匯編語(yǔ)言）跳轉(zhuǎn)到 RT-Thread啟動(dòng)函數(shù)rtthread_startup() （C語(yǔ)言），再通過(guò) rtthread_startup() 跳轉(zhuǎn)到 main()（C語(yǔ)言）函數(shù)。

官方的圖片很詳細(xì)的表明了這個(gè)流程：

在 RT-Thread 中，會(huì)把 main()函數(shù) 當(dāng)成是一個(gè)線(xiàn)程。這個(gè)在 rtthread_startup() 就會(huì)將 main() 創(chuàng)建成一個(gè)線(xiàn)程，除此之外，rtthread_startup() 還會(huì)創(chuàng)建timer 線(xiàn)程 和 空閑線(xiàn)程 這兩個(gè)線(xiàn)程。

結(jié)合上圖，下面我們通過(guò)上篇文章創(chuàng)建的示例代碼來(lái)說(shuō)明一下這個(gè)流程。

2、源碼分析

2.1 匯編部分 — startup_xxxx.s說(shuō)明

打開(kāi)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(dòng)文件，可以打開(kāi)查看，啟動(dòng)文件的說(shuō)明我在我在另一篇博文有詳細(xì)的介紹：

STM32的啟動(dòng)過(guò)程 — startup_xxxx.s文件解析（更新GCC環(huán)境下的啟動(dòng)文件分析）

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

在以前講過(guò)，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(méi)有定義堆大小。

這里為什么只定義系統(tǒng)棧？
雖然我們?cè)谄渌┪恼f(shuō)過(guò)，如果不用 malloc函數(shù)，不需要用到堆，這里沒(méi)有定義是因?yàn)樵诤竺娉跏蓟臅r(shí)候會(huì)根據(jù)是否使用堆，來(lái)定義堆的大小。
在本文下面板級(jí)硬件初始化部分有介紹說(shuō)明。

然后就簡(jiǎn)單來(lái)看一下 startup_xxxx.s文件，首先我們找到上電執(zhí)行的第一個(gè)指令 Reset_Handler（芯片剛上電，就是上電復(fù)位，直接就會(huì)觸發(fā)Reset_Handler）：

上圖中所進(jìn)行的操作不理解的可以查看博文：

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

完成數(shù)據(jù)搬運(yùn)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(yùn)行起來(lái)，就跳轉(zhuǎn)到我們上面基礎(chǔ)介紹里面說(shuō)到的入口函數(shù)，如下圖：

通過(guò)上面的步驟，最終就從 .s 中的匯編跳轉(zhuǎn)到了 C語(yǔ)言部分，通過(guò)入口函數(shù)跳轉(zhuǎn)到 rtthread_startup函數(shù)，我們通過(guò)下面的介紹說(shuō)明一下，進(jìn)入rtthread_startup函數(shù) 后，RT-Thread 確實(shí)做了哪些工作。

2.2 C部分 — rtthread_startup 說(shuō)明

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

補(bǔ)充說(shuō)明： 上圖中的SMP相關(guān)，是與多核處理器有關(guān)的設(shè)置。

上面的過(guò)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(huì)創(chuàng)建main現(xiàn) 線(xiàn)程；

3、根據(jù)是否使用軟件定時(shí)器創(chuàng)建 time r線(xiàn)程；

4、一定會(huì)創(chuàng)建 idle 線(xiàn)程；

5、初始化開(kāi)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(jí)硬件初始化 — rt_hw_board_init

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

rt_components_board_init()函數(shù)會(huì)把所有 INIT_BOARD_EXPORT 的設(shè)備都初始化，這里暫時(shí)不介紹是如何實(shí)現(xiàn)的，但是有必要說(shuō)明一下。

比如我們什么外設(shè)都沒(méi)使能，但是使用到了串口1作為打印LOG的設(shè)備，所以串口1 必定會(huì)被使能，那么這個(gè)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(guān)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(shuō)明有待確認(rèn)，因?yàn)楹笃诩恿似渌谝院蠡仡^來(lái)看這個(gè)地方，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)下圖代碼……）：

板級(jí)硬件初始化更新說(shuō)明

對(duì)于上圖提到的串口會(huì)使用 INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_usart_init)，后續(xù)我反而并沒(méi)有找到圖示代碼，也不知道是因?yàn)榘姹締?wèn)題還是什么原因，這里需要補(bǔ)充說(shuō)明一下：

硬件設(shè)備的初始化是在hw_board_init函數(shù)中的：

2.2.2 RT-Thread 堆和棧空間說(shuō)明（與FreeRTOS不同）

在上圖中，有一點(diǎn)比較特殊，就是對(duì) 堆 空間的初始化，我們以前遇到的都是在啟動(dòng)文件中定義好堆?？臻g，而我們上面分析 RT-Thread 啟動(dòng)文件的時(shí)候，只定義了?？臻g，堆空間沒(méi)有定義，其實(shí)是放在了這個(gè)地方：

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

關(guān)于 系統(tǒng)棧位置的問(wèn)題，可以參考博文：RTOS的 任務(wù)棧 和 系統(tǒng)棧

上面我們通過(guò)源碼看到的結(jié)論和 這篇博文說(shuō)到的不一樣（當(dāng)時(shí)是用裸機(jī)和 FreeRTOS作為例子說(shuō)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(guò)鏈接文件我們可以推斷 .stack 的位置，那么為了確認(rèn)一下，我們可以查看程序編譯過(guò)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(guān)于 系統(tǒng)棧的位置部分：

確認(rèn)了在 RT-Thread 中，系統(tǒng)棧的位置是確實(shí)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(méi)有問(wèn)題的。

2.2.3 main線(xiàn)程創(chuàng)建 — rt_application_init

在 RT-Thread 中，創(chuàng)建了一個(gè)名字為 "main" 的線(xiàn)程來(lái)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(shuō)明

調(diào)度器是操作系統(tǒng)的核心知識(shí)，調(diào)度器是基于鏈表進(jìn)行操作的，具體的原理將來(lái)會(huì)單獨(dú)寫(xiě)一篇文章說(shuō)明，這里我們就簡(jiǎn)單的過(guò)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(kāi)啟調(diào)度器，開(kāi)啟調(diào)度器之后，線(xiàn)程之間就會(huì)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行切換（時(shí)間片，優(yōu)先級(jí)）：

開(kāi)啟調(diào)度器后，會(huì)在就緒列表中找到最高優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程，然后通過(guò)設(shè)置 線(xiàn)程指針（PSP），來(lái)跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置執(zhí)行：

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

至此，整個(gè)系統(tǒng)就正常跑起來(lái)了，然后用戶(hù)運(yùn)行自己想要做的事情，可以在 main 中設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用代碼，或者創(chuàng)建線(xiàn)程。