解析STM32的啟動(dòng)過(guò)程

1、解析STM32的啟動(dòng)過(guò)程當(dāng)前的嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程里，并且C語(yǔ)言成為了絕大部分場(chǎng)合的最佳選擇。如此一來(lái)main函數(shù)似乎成為了理所當(dāng)然的起點(diǎn)因?yàn)镃程序往往從main函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行。但一個(gè)經(jīng)常會(huì)被忽略的問(wèn)題是：微控制器（單片機(jī)）上電后，是如何尋找到并執(zhí)行main函數(shù)的呢？很顯然微控制器無(wú)法從硬件上定位main函數(shù)的入口地址，因?yàn)槭褂肅語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言后，變量/函數(shù)的地址便由編譯器在編譯時(shí)自行分配，這樣一來(lái)main函數(shù)的入口地址在微控制器的內(nèi)部存儲(chǔ)空間中不再是絕對(duì)不變的。相信讀者都可以回答這個(gè)問(wèn)題，答案也許大同小異，但肯定都有個(gè)關(guān)鍵詞，叫“啟動(dòng)文件”，用英文單詞來(lái)描述是“Bootloader”。無(wú)論

2、性能高下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)繁，價(jià)格貴賤，每一種微控制器（處理器）都必須有啟動(dòng)文件，啟動(dòng)文件的作用便是負(fù)責(zé)執(zhí)行微控制器從“復(fù)位”到“開(kāi)始執(zhí)行main函數(shù)”中間這段時(shí)間（稱為啟動(dòng)過(guò)程）所必須進(jìn)行的工作。最為常見(jiàn)的51，AVR或MSP430等微控制器當(dāng)然也有對(duì)應(yīng)啟動(dòng)文件，但開(kāi)發(fā)環(huán)境往往自動(dòng)完整地提供了這個(gè)啟動(dòng)文件，不需要開(kāi)發(fā)人員再行干預(yù)啟動(dòng)過(guò)程，只需要從main函數(shù)開(kāi)始進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)即可。話題轉(zhuǎn)到STM32微控制器，無(wú)論是keiluvision4還是IAR EWARM開(kāi)發(fā)環(huán)境，ST公司都提供了現(xiàn)成的直接可用的啟動(dòng)文件，程序開(kāi)發(fā)人員可以直接引用啟動(dòng)文件后直接進(jìn)行C應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。這樣能大大減小開(kāi)發(fā)人員從其它

3、微控制器平臺(tái)跳轉(zhuǎn)至STM32平臺(tái)，也降低了適應(yīng)STM32微控制器的難度（對(duì)于上一代ARM的當(dāng)家花旦ARM9，啟動(dòng)文件往往是第一道難啃卻又無(wú)法逾越的坎）。相對(duì)于ARM上一代的主流ARM7/ARM9內(nèi)核架構(gòu)，新一代Cortex內(nèi)核架構(gòu)的啟動(dòng)方式有了比較大的變化。ARM7/ARM9內(nèi)核的控制器在復(fù)位后，CPU會(huì)從存儲(chǔ)空間的絕對(duì)地址0x000000取出第一條指令執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序的方式啟動(dòng)，即固定了復(fù)位后的起始地址為0x000000（PC = 0x000000）同時(shí)中斷向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3內(nèi)核則正好相反，有3種情況:1、通過(guò)boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于SRAM區(qū)，

4、即起始地址為0x2000000，同時(shí)復(fù)位后PC指針位于0x2000000處；2、通過(guò)boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于FLASH區(qū)，即起始地址為0x8000000，同時(shí)復(fù)位后PC指針位于0x8000000處；3、通過(guò)boot引腳設(shè)置可以將中斷向量表定位于內(nèi)置Bootloader區(qū)，本文不對(duì)這種情況做論述；而Cortex-M3內(nèi)核規(guī)定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個(gè)地址則必須存放復(fù)位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3內(nèi)核復(fù)位后，會(huì)自動(dòng)從起始地址的下一個(gè)32位空間取出復(fù)位中斷入口向量，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序。對(duì)比ARM7/ARM9內(nèi)核，Cortex-M3內(nèi)核則是固定了中斷向量表的

5、位置而起始地址是可變化的。有了上述準(zhǔn)備只是后，下面以STM32的2.02固件庫(kù)提供的啟動(dòng)文件“stm32f10x_vector.s”為模板，對(duì)STM32的啟動(dòng)過(guò)程做一個(gè)簡(jiǎn)要而全面的解析。程序清單一：；文件“stm32f10x_vector.s”，其中注釋為行號(hào)DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ；1Stack_Size EQU 0x00000400 ；2AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ；3Stack_Mem SPACE Stack_Size ；4_initial_sp ；5Heap_Si

6、ze EQU 0x00000400 ；6AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ；7_heap_base ；8Heap_Mem SPACE Heap_Size ；9_heap_limit ；10THUMB ；11PRESERVE8 ；12IMPORT NMIException ；13IMPORT HardFaultException ；14IMPORT MemManageException ；15IMPORT BusFaultException 

7、；16IMPORT UsageFaultException ；17IMPORT SVCHandler ；18IMPORT DebugMonitor ；19IMPORT PendSVC ；20IMPORT SysTickHandler ；21IMPORT WWDG_IRQHandler ；22IMPORT PVD_IRQHandler ；23IMPORT TAMPER_IRQHandler ；24IMPORT RTC_IRQHandler ；25IMPORT FLASH_IRQHandler ；2

8、6IMPORT RCC_IRQHandler ；27IMPORT EXTI0_IRQHandler ；28IMPORT EXTI1_IRQHandler ；29IMPORT EXTI2_IRQHandler ；30IMPORT EXTI3_IRQHandler ；31IMPORT EXTI4_IRQHandler ；32IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ；33IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ；34IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandl

9、er ；35IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ；36IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ；37IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ；38IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ；39IMPORT ADC1_2_IRQHandler ；40IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ；41IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ；42IMPORT CAN_RX1_

10、IRQHandler ；43IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ；44IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ；45IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ；46IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ；47IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ；48IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ；49IMPORT TIM2_IRQHandler ；50IMPORT TIM3_IRQHandler ；51IMPORT TI

11、M4_IRQHandler ；52IMPORT I2C1_EV_IRQHandler；53IMPORT I2C1_ER_IRQHandler；54IMPORT I2C2_EV_IRQHandler；55IMPORT I2C2_ER_IRQHandler；56IMPORT SPI1_IRQHandler ；57IMPORT SPI2_IRQHandler ；58IMPORT USART1_IRQHandler ；59IMPORT USART2_IRQHandler ；60IMPORT USART3_IRQHandler ；61IMPOR

12、T EXTI15_10_IRQHandler ；62IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ；63IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ；64IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ；65IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ；66IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ；67IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ；68IMPORT ADC3_IRQHandler ；69IMPORT FSMC_IRQHandler

13、60;；70IMPORT SDIO_IRQHandler ；71IMPORT TIM5_IRQHandler ；72IMPORT SPI3_IRQHandler ；73IMPORT UART4_IRQHandler ；74IMPORT UART5_IRQHandler ；75IMPORT TIM6_IRQHandler ；76IMPORT TIM7_IRQHandler ；77IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ；78IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler

14、0;；79IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ；80IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ；81AREA RESET, DATA, READONLY ；82EXPORT _Vectors ；83_Vectors ；84DCD _initial_sp ；85DCD Reset_Handler ；86DCD NMIException ；87DCD HardFaultException ；88DCD MemManageException ；89

15、DCD BusFaultException ；90DCD UsageFaultException ；91DCD 0 ；92DCD 0 ；93DCD 0 ；94DCD 0 ；95DCD SVCHandler ；96DCD DebugMonitor ；97DCD 0 ；98DCD PendSVC ；99DCD SysTickHandler ；100DCD WWDG_IRQHandler ；101DCD PVD_IRQHandler ；102DCD TAMPER_IRQH

16、andler ；103DCD RTC_IRQHandler ；104DCD FLASH_IRQHandler ；105DCD RCC_IRQHandler ；106DCD EXTI0_IRQHandler ；107DCD EXTI1_IRQHandler ；108DCD EXTI2_IRQHandler ；109DCD EXTI3_IRQHandler ；110DCD EXTI4_IRQHandler ；111DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ；112DCD DMA1_C

17、hannel2_IRQHandler ；113DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ；114DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ；115DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ；116DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ；117DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ；118DCD ADC1_2_IRQHandler ；119DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ；120DCD USB_LP_CA

18、N_RX0_IRQHandler ；121DCD CAN_RX1_IRQHandler ；122DCD CAN_SCE_IRQHandler ；123DCD EXTI9_5_IRQHandler ；124DCD TIM1_BRK_IRQHandler ；125DCD TIM1_UP_IRQHandler ；126DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ；127DCD TIM1_CC_IRQHandler ；128DCD TIM2_IRQHandler ；129DCD TIM3_IRQHan

19、dler ；130DCD TIM4_IRQHandler ；131DCD I2C1_EV_IRQHandler；132DCD I2C1_ER_IRQHandler；133DCD I2C2_EV_IRQHandler；134DCD I2C2_ER_IRQHandler；135DCD SPI1_IRQHandler ；136DCD SPI2_IRQHandler ；137DCD USART1_IRQHandler ；138DCD USART2_IRQHandler ；139DCD USART3_IRQHandler ；140DC

20、D EXTI15_10_IRQHandler ；141DCD RTCAlarm_IRQHandler ；142DCD USBWakeUp_IRQHandler ；143DCD TIM8_BRK_IRQHandler ；144DCD TIM8_UP_IRQHandler ；145DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ；146DCD TIM8_CC_IRQHandler ；147DCD ADC3_IRQHandler ；148DCD FSMC_IRQHandler ；149DCD SDIO_

21、IRQHandler ；150DCD TIM5_IRQHandler ；151DCD SPI3_IRQHandler ；152DCD UART4_IRQHandler ；153DCD UART5_IRQHandler ；154DCD TIM6_IRQHandler ；155DCD TIM7_IRQHandler ；156DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ；157DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ；158DCD DMA2_Channel3_IRQHandler

22、 ；159DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ；160AREA |.text|, CODE, READONLY ；161Reset_Handler PROC ；162EXPORT Reset_Handler ；163IF DATA_IN_ExtSRAM = 1 ；164LDR R0,= 0x00000114 ；165LDR R1,= 0x40021014 ；166STR R0,R1 ；167LDR R0,= 0x000001E0 ；168LDR R1,= 0x40021

23、018 ；169STR R0,R1 ；170LDR R0,= 0x44BB44BB ；171LDR R1,= 0x40011400 ；172STR R0,R1 ；173LDR R0,= 0xBBBBBBBB ；174LDR R1,= 0x40011404 ；175STR R0,R1 ；176LDR R0,= 0xB44444BB ；177LDR R1,= 0x40011800 ；178STR R0,R1 ；179LDR R0,= 0xBBBBBBBB ；180LDR R1,=

24、 0x40011804 ；181STR R0,R1 ；182LDR R0,= 0x44BBBBBB ；183LDR R1,= 0x40011C00 ；184STR R0,R1 ；185LDR R0,= 0xBBBB4444 ；186LDR R1,= 0x40011C04 ；187STR R0,R1 ；188LDR R0,= 0x44BBBBBB ；189LDR R1,= 0x40012000 ；190STR R0,R1 ；191LDR R0,= 0x44444B44 ；192

25、LDR R1,= 0x40012004 ；193STR R0,R1 ；194LDR R0,= 0x00001011 ；195LDR R1,= 0xA0000010 ；196STR R0,R1 ；197LDR R0,= 0x00000200 ；198LDR R1,= 0xA0000014 ；199STR R0,R1 ；200ENDIF ；201IMPORT _main ；202LDR R0, =_main ；203BX R0 ；204ENDP ；205ALIGN

26、60;；206IF :DEF:_MICROLIB ；207EXPORT _initial_sp ；208EXPORT _heap_base ；209EXPORT _heap_limit ；210ELSE ；211IMPORT _use_two_region_memory ；212EXPORT _user_initial_stackheap ；213_user_initial_stackheap ；214LDR R0, = Heap_Mem ；215LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_

27、Size) ；216LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ；217LDR R3, = Stack_Mem ；218BX LR ；219ALIGN ；220ENDIF ；221END ；222ENDIF ；223END ；224如程序清單一，STM32的啟動(dòng)代碼一共224行，使用了匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，這其中的主要原因下文將會(huì)給出交代?，F(xiàn)在從第一行開(kāi)始分析：? 第1行：定義是否使用外部SRAM，為1則使用，為0則表示不使用。此語(yǔ)行若用C語(yǔ)言表達(dá)則等價(jià)于：#define DATA

28、_IN_ExtSRAM 0? 第2行：定義?？臻g大小為0x00000400個(gè)字節(jié)，即1Kbyte。此語(yǔ)行亦等價(jià)于：#define Stack_Size 0x00000400? 第3行：偽指令A(yù)REA，表示? 第4行：開(kāi)辟一段大小為Stack_Size的內(nèi)存空間作為棧。? 第5行：標(biāo)號(hào)_initial_sp，表示?？臻g頂?shù)刂贰? 第6行：定義堆空間大小為0x00000400個(gè)字節(jié)，也為1Kbyte。? 第7行：偽指令A(yù)REA，表示? 第8行：標(biāo)號(hào)_heap_base，表示堆空間起始地址。? 第9行：開(kāi)辟一段大小為He

29、ap_Size的內(nèi)存空間作為堆。? 第10行：標(biāo)號(hào)_heap_limit，表示堆空間結(jié)束地址。? 第11行：告訴編譯器使用THUMB指令集。? 第12行：告訴編譯器以8字節(jié)對(duì)齊。? 第1381行：IMPORT指令，指示后續(xù)符號(hào)是在外部文件定義的（類似C語(yǔ)言中的全局變量聲明），而下文可能會(huì)使用到這些符號(hào)。? 第82行：定義只讀數(shù)據(jù)段，實(shí)際上是在CODE區(qū)（假設(shè)STM32從FLASH啟動(dòng)，則此中斷向量表起始地址即為0x8000000）? 第83行：將標(biāo)號(hào)_Vectors聲明為全局標(biāo)號(hào)，這樣外部文件就可以使用這個(gè)標(biāo)號(hào)。? 第84行

30、：標(biāo)號(hào)_Vectors，表示中斷向量表入口地址。? 第85160行：建立中斷向量表。? 第161行：? 第162行：復(fù)位中斷服務(wù)程序，PROCENDP結(jié)構(gòu)表示程序的開(kāi)始和結(jié)束。? 第163行：聲明復(fù)位中斷向量Reset_Handler為全局屬性，這樣外部文件就可以調(diào)用此復(fù)位中斷服務(wù)。? 第164行：IFENDIF為預(yù)編譯結(jié)構(gòu)，判斷是否使用外部SRAM，在第1行中已定義為“不使用”。? 第165201行：此部分代碼的作用是設(shè)置FSMC總線以支持SRAM，因不使用外部SRAM因此此部分代碼不會(huì)被編譯。? 第202行：聲明_mai

31、n標(biāo)號(hào)。? 第203204行：跳轉(zhuǎn)_main地址執(zhí)行。? 第207行：IFELSEENDIF結(jié)構(gòu)，判斷是否使用DEF:_MICROLIB（此處為不使用）。? 第208210行：若使用DEF:_MICROLIB，則將_initial_sp，_heap_base，_heap_limit亦即棧頂?shù)刂?，堆始末地址賦予全局屬性，使外部程序可以使用。? 第212行：定義全局標(biāo)號(hào)_use_two_region_memory。? 第213行：聲明全局標(biāo)號(hào)_user_initial_stackheap，這樣外程序也可調(diào)用此標(biāo)號(hào)。? 第214行：標(biāo)號(hào)_u

32、ser_initial_stackheap，表示用戶堆棧初始化程序入口。? 第215218行：分別保存棧頂指針和棧大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。? 第224行：程序完畢。以上便是STM32的啟動(dòng)代碼的完整解析，接下來(lái)對(duì)幾個(gè)小地方做解釋：1、 AREA指令：偽指令，用于定義代碼段或數(shù)據(jù)段，后跟屬性標(biāo)號(hào)。其中比較重要的一個(gè)標(biāo)號(hào)為“READONLY”或者“READWRITE”，其中“READONLY”表示該段為只讀屬性，聯(lián)系到STM32的內(nèi)部存儲(chǔ)介質(zhì)，可知具有只讀屬性的段保存于FLASH區(qū)，即0x8000000地址后。而“READONLY”表示該段為“可讀寫(xiě)”屬性，可知“可讀寫(xiě)”段保存于SRAM區(qū)，即0x2000000地址后。由此可以從第