KEIL 分散加载 UNINIT 实现软件复位后保留非初始化数据

问题背景

在 C 语言中，static 关键字使变量在每次程序执行时只初始化一次。但软件复位（不断电，例如调用 NVIC_SystemReset()）会触发一次新的程序执行，启动代码重新运行，所有全局变量和 static 变量都会被重新初始化（.data 段从 Flash 拷贝、.bss 段清零），之前保存的状态随之丢失。

为什么不用 Flash 保存

最常见的做法是在复位前把关键数据写入 Flash，复位后从 Flash 读回。这在功能上可行，但存在两个问题：

• 耗时：Flash 扇区擦除通常需要毫秒级时间，加上写入操作，在工控或实时控制场景中可能错过控制周期。
• 寿命：频繁擦写会加速 Flash 磨损。

如果 RAM 在软件复位后内容不会丢失（大多数 MCU 的 SRAM 在软件复位后保持原值），那么直接让启动代码跳过对某块 RAM 的初始化，就能以零额外开销保留数据。

原理：UNINIT 关键字

KEIL 的分散加载文件（Scatter File）中，UNINIT 关键字告诉链接器：该执行区域不生成加载镜像（即 .axf/.elf 中不包含该区域的初始化数据），启动代码因此不会对其执行拷贝或清零。只要 RAM 本身在软件复位后内容不变，该区域内的变量就会保留复位前的值。

注意：UNINIT 只影响链接器生成的加载镜像和启动代码的初始化行为，并不改变 RAM 硬件本身。如果发生掉电复位或硬件复位，RAM 内容通常不可预测，此时该区域内的值同样会丢失。

实现步骤

1. 修改分散加载文件

在 .sct 文件中，于已有的 RAM 区域之后（或之前，视地址规划而定）新增一个 UNINIT 区域。以下示例在 0x1000A000 处划出 0x2000（8 KB）的 MYRAM 段，段内变量归属 NO_INIT 选择器：

LR_IROM1 0x00000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x00000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
  }
  RW_IRAM1 0x10000000 0x0000A000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
  MYRAM 0x1000A000 UNINIT 0x00002000  {
   .ANY (NO_INIT)
  }
}

几点说明：

• 0x1000A000 紧接在 RW_IRAM1（0x10000000，大小 0x0000A000，即 40 KB）之后，确保不与已使用的 RAM 重叠。请根据自己项目的实际 RAM 布局调整地址和大小。
• UNINIT 0x00002000 表示该执行区域大小为 8 KB，且链接器不为其生成加载镜像。
• .ANY (NO_INIT) 表示所有被标记为 NO_INIT 段的变量都会放入此区域。

2. 用 __attribute__ 将变量放入 NO_INIT 段

在 C 代码中，使用 __attribute__((section("NO_INIT"))) 将需要跨复位保留的变量指定到 NO_INIT 段：

<

原文中此处代码不完整，实际写法形如 static uint32_t g_counter __attribute__((section("NO_INIT"))) = 0;。注意：由于该区域不生成加载镜像，启动代码不会写入初始值，C 代码中写的 = 0 在首次上电时不会生效，变量内容是 RAM 中的随机值。

3. 处理首次上电与复位的区分

因为 UNINIT 区域在首次上电时内容是随机的，需要一种机制区分"第一次上电"和"软件复位后"。常见做法是在 NO_INIT 区域中放一个魔数（magic number）：

• 首次上电时，检查魔数是否等于预期值；若不等，说明是首次运行，将魔数写入预期值并初始化所有变量。
• 软件复位后，魔数仍然正确，直接沿用变量当前值即可。

风险与边界

• 地址冲突：UNINIT 区域的地址和大小必须与项目中其他 RAM 段（堆、栈、外设寄存器映射等）不重叠，否则会造成难以排查的数据损坏。修改分散加载文件后务必检查链接器输出的 .map 文件，确认各段地址无交叉。
• 仅适用于软件复位：掉电、看门狗硬件复位、外部复位引脚触发等情况下，RAM 内容不保证保留，UNINIT 区域同样会丢失数据。
• 首次上电值不可控：UNINIT 区域在冷启动时是随机值，必须通过魔数或类似机制做首次初始化，否则程序行为不确定。
• 变量生命周期：放入 NO_INIT 段的变量不应被 memset、memcpy 等批量操作意外覆盖。如果启动代码或库函数对整块 RAM 做清零，需确认其范围不包含该区域。
• 多核 / 多任务场景：如果系统有多个核心或 RTOS 任务，需确保复位后各核心/任务对该区域的访问时序正确，避免读到半更新状态。
• 本文代码未经实际编译和硬件验证，地址、大小和段名需根据具体 MCU 和工程调整。

验证建议

1. 在 NO_INIT 区域中放一个计数器，每次主循环递增。
2. 触发一次软件复位，观察计数器是否从复位前的值继续递增（而非归零）。
3. 断电重新上电，确认魔数机制生效（计数器回到初始值）。
4. 检查 .map 文件，确认 NO_INIT 段地址与堆、栈、其他数据段无重叠。
5. 在边界情况下（如连续多次快速复位）验证数据一致性。

小结

利用 KEIL 分散加载的 UNINIT 关键字，可以在 RAM 中划出一块启动代码不初始化的区域，使软件复位后变量值自然保留，避免了 Flash 读写带来的时间开销和寿命消耗。实现上只需修改 .sct 文件并用 __attribute__((section(...))) 标记变量，改动量很小。但需要注意地址规划、首次上电初始化以及仅适用于软件复位这几个关键边界条件。

本文最初于 2023/2/19 发布在 CSDN。