告别冗长的 main 函数:移植 Linux 内核的＂自动初始化＂机制到单片机

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    // 下面是无尽的初始化...
    GPIO_Init();
    Uart_Init();
    I2C_Init();
    SPI_Init();
    Screen_Init();
    Wifi_Init();
    Sensor_Init();
    Motor_Init();
    LED_Init();
    Key_Init();
    // ...此处省略20行

    while(1) {
        // 业务逻辑
    }
}

typedef int (*init_fn_t)(void);

// GCC 写法
#define INIT_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section(".auto_init"))) = fn

看着有点绕，拆开来说：

• • __attribute__((section(".auto_init")))：告诉编译器，把这个变量放到 .auto_init 段里，而不是默认的 .data 段
• • __attribute__((used))：告诉编译器"这个变量我用了，别给我优化掉"。因为这个变量没有被显式引用，编译器可能会认为它是死代码，直接删掉
• • __init_##fn：用函数名拼出一个变量名，避免多个模块冲突

Keil AC6 的写法几乎一样。如果用 AC5（armcc），语法略有不同：

// Keil AC5 写法
#define INIT_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section("auto_init"))) = fn

注意 AC5 的段名不需要加点号前缀。

第三步：修改链接脚本

光有宏还不够，链接器得知道这个段放在哪，以及它的边界在哪。

GCC（.ld 文件）：

在你的链接脚本里找到 .text 段附近，加上这么一段：

.auto_init : {
    . = ALIGN(4);
    __init_start = .;
    KEEP(*(.auto_init))
    __init_end = .;
} > FLASH

解释一下：

• • __init_start 和 __init_end：这是两个符号，标记这个段的起始和结束地址
• • KEEP(...)：告诉链接器"这些东西不能删"，防止被当成未引用代码优化掉
• • . = ALIGN(4)：4 字节对齐，保证函数指针读取正确

Keil：

好消息是，Keil 比较智能。对于 AC6，它会自动生成 Image$$auto_init$$Base 和 Image$$auto_init$$Limit 这样的符号。你只需要在代码里这样声明：

extern init_fn_t Image$$auto_init$$Base[];
extern init_fn_t Image$$auto_init$$Limit[];
#define __init_start Image$$auto_init$$Base
#define __init_end   Image$$auto_init$$Limit

不用手动改散列文件，省事不少。

第四步：实现自动遍历器

最后一步，写一个函数来遍历执行所有注册的初始化函数：

extern init_fn_t __init_start[];
extern init_fn_t __init_end[];

void auto_init(void)
{
    init_fn_t *fn;

    for (fn = __init_start; fn < __init_end; fn++) {
        if (*fn) {
            (*fn)();
        }
    }
}

现在你的 main() 就可以瘦身成这样了：

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    auto_init();  // 一行搞定所有模块初始化

    while(1) {
        // 业务逻辑
    }
}

使用示例

在任意一个模块文件底部，比如 uart.c：

static int uart_init(void)
{
    // 串口初始化代码...
    return 0;
}
INIT_EXPORT(uart_init);

完事。不用去动 main 函数，不用到处加 extern。这个模块只要参与编译，它的初始化函数就会被自动调用。

调试小技巧： 如果程序卡死在初始化阶段，不知道是哪个模块出了问题，可以在 auto_init() 循环里加个打印：

printf("Calling init at: %p\n", *fn);
(*fn)();

通过地址配合 .map 文件，很容易定位是谁的锅。

3. 进阶玩法：给初始化分个等级

基础版本搞定了，但细心的你可能会发现一个问题：

如果 Wifi_Init() 依赖 SPI_Init() 呢？

自动初始化的执行顺序，通常取决于链接顺序（哪个 .o 文件先链接）。这个顺序是不稳定的，换个编译器版本可能就变了。

Linux 内核怎么解决的？它定义了一堆不同等级的初始化宏：early_initcall、subsys_initcall、device_initcall……等级越低，越早执行。

我们也可以抄这个思路。

利用段名的字母排序

链接器在排列段的时候，会按照段名的 ASCII 码顺序来排。也就是说，.init_0 会排在 .init_1 前面，.init_1 会排在 .init_2 前面。

利用这个特性，我们可以定义一组分级宏：

// 第 0 级：板级初始化（时钟、GPIO 基础配置）
#define INIT_BOARD_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section(".init_0"))) = fn

// 第 1 级：驱动初始化（SPI、I2C、UART 等）
#define INIT_DRIVER_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section(".init_1"))) = fn

// 第 2 级：设备初始化（传感器、屏幕等，依赖驱动）
#define INIT_DEVICE_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section(".init_2"))) = fn

// 第 3 级：应用初始化（业务逻辑，依赖设备）
#define INIT_APP_EXPORT(fn) \
    static init_fn_t __init_##fn \
    __attribute__((used, section(".init_3"))) = fn

链接脚本里也要相应改一下：

.auto_init : {
    . = ALIGN(4);
    __init_start = .;
    KEEP(*(.init_0))
    KEEP(*(.init_1))
    KEEP(*(.init_2))
    KEEP(*(.init_3))
    __init_end = .;
} > FLASH

这样一来，执行顺序就有保障了：板级 → 驱动 → 设备 → 应用，依赖关系自然满足。

使用的时候也很直观：

// spi.c
INIT_DRIVER_EXPORT(spi_init);

// wifi.c（依赖 SPI）
INIT_DEVICE_EXPORT(wifi_init);

不用操心谁先谁后，等级定好了，顺序就定了。

4. 总结与价值

回头看看，我们干了什么？

之前的 main 函数： 二三十行初始化代码，每加一个模块就得改一次，多人协作天天冲突。

现在的 main 函数：

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    auto_init();
    while(1) { /* ... */ }
}

三行搞定，清爽无比。

这就是软件架构里常说的**"开闭原则"**——对扩展开放，对修改关闭。新加一个模块？写好驱动，文件末尾加一行 INIT_EXPORT，完事。不用碰 main 函数，不用改任何现有代码。

这种写法在 RT-Thread、FreeRTOS 等嵌入式操作系统里非常常见。掌握了它，你就摸到了构建大型嵌入式系统的门槛。

说到底，MCU 开发和 Linux 开发并没有那么割裂。很多优秀的架构思想是通用的，只不过实现方式有所不同。多翻翻 Linux 内核代码，收获的不只是技术细节，更是解决问题的思路。

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