电子发烧友网核心提示:本文主要阐述了STM32启动过程全面解析,包括启动过程的介绍、启动代码的陈列以及深入解析。

  相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动,即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC = 0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有3种情况:

专家揭秘:STM32启动过程全解-LMLPHP

  1、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区,即起始地址为0x2000000,同时复位后PC指针位于0x2000000处;

  2、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区,即起始地址为0x8000000,同时复位后PC指针位于0x8000000处;

  3、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区,本文不对这种情况做论述;

  Cortex-M3内核规定,起始地址必须存放堆顶指针,而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址,这样在Cortex-M3内核复位后,会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量,跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。

  有了上述准备只是后,下面以STM32的2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”为模板,对STM32的启动过程做一个简要而全面的解析。
[page]
  程序清单一:
  ;文件“stm32f10x_vector.s”,其中注释为行号
  DATA_IN_ExtSRAM EQU 
0 ;1
  Stack_Size EQU 0x00000400 ;2
  AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN 
= 3 ;3
  Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4
  __initial_sp ;5
  Heap_Size 
EQU 0x00000400 ;6
  AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7
  __heap_base ;8
  Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9
  __heap_limit ;10
  THUMB ;11
  PRESERVE8 ;12
  IMPORT NMIException ;13
  IMPORT 
HardFaultException ;14
  IMPORT MemManageException ;15
  IMPORT 
BusFaultException ;16
  IMPORT UsageFaultException ;17
  IMPORT SVCHandler ;18
  IMPORT DebugMonitor ;19
  IMPORT PendSVC ;20
  IMPORT 
SysTickHandler ;21
  IMPORT WWDG_IRQHandler ;22
  IMPORT PVD_IRQHandler ;23
  IMPORT TAMPER_IRQHandler ;24
  IMPORT RTC_IRQHandler ;25
  IMPORT 
FLASH_IRQHandler ;26
  IMPORT RCC_IRQHandler ;27
  IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28
  IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29
  IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30
  IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31
  IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32
  IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33
  IMPORT 
DMA1_Channel2_IRQHandler ;34
  IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35
  IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36
  IMPORT 
DMA1_Channel5_IRQHandler ;37
  IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38
  IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39
  IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;40
  IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;41
  IMPORT 
USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;42
  IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;43
  IMPORT 
CAN_SCE_IRQHandler ;44
  IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45
  IMPORT 
TIM1_BRK_IRQHandler ;46
  IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;47
  IMPORT 
TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;48
  IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;49
  IMPORT 
TIM2_IRQHandler ;50
  IMPORT TIM3_IRQHandler ;51
  IMPORT TIM4_IRQHandler ;52
  IMPORT I2C1_EV_IRQHandler ;53
  IMPORT I2C1_ER_IRQHandler ;54
  IMPORT I2C2_EV_IRQHandler ;55
  IMPORT I2C2_ER_IRQHandler ;56
  IMPORT SPI1_IRQHandler ;57
  IMPORT SPI2_IRQHandler ;58
  IMPORT 
USART1_IRQHandler ;59
  IMPORT USART2_IRQHandler ;60
  IMPORT 
USART3_IRQHandler ;61
  IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62
  IMPORT 
RTCAlarm_IRQHandler ;63
  IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64
  IMPORT 
TIM8_BRK_IRQHandler ;65
  IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66
  IMPORT 
TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;67
  IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68
  IMPORT 
ADC3_IRQHandler ;69
  IMPORT FSMC_IRQHandler ;70

[page]
  IMPORT 
SDIO_IRQHandler ;71
  IMPORT TIM5_IRQHandler ;72
  IMPORT SPI3_IRQHandler ;73
  IMPORT UART4_IRQHandler ;74
  IMPORT UART5_IRQHandler ;75
  IMPORT TIM6_IRQHandler ;76
  IMPORT TIM7_IRQHandler ;77
  IMPORT 
DMA2_Channel1_IRQHandler ;78
  IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79
  IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80
  IMPORT 
DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81
  AREA RESET, DATA, READONLY ;82
  EXPORT 
__Vectors ;83
  __Vectors ;84
  DCD __initial_sp ;85
  DCD 
Reset_Handler ;86
  DCD NMIException ;87
  DCD HardFaultException ;88
  DCD MemManageException ;89
  DCD BusFaultException ;90
  DCD 
UsageFaultException ;91
  DCD 0 ;92
  DCD 0 ;93
  DCD 0 ;94
  DCD 0 ;95
  DCD SVCHandler ;96
  DCD DebugMonitor ;97
  DCD 0 ;98
  DCD 
PendSVC ;99
  DCD SysTickHandler ;100
  DCD WWDG_IRQHandler ;101
  DCD 
PVD_IRQHandler ;102
  DCD TAMPER_IRQHandler ;103
  DCD RTC_IRQHandler ;104
  DCD FLASH_IRQHandler ;105
  DCD RCC_IRQHandler ;106
  DCD 
EXTI0_IRQHandler ;107
  DCD EXTI1_IRQHandler ;108
  DCD EXTI2_IRQHandler ;109
  DCD EXTI3_IRQHandler ;110
  DCD EXTI4_IRQHandler ;111
  DCD 
DMA1_Channel1_IRQHandler ;112
  DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113
  DCD 
DMA1_Channel3_IRQHandler ;114
  DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115
  DCD 
DMA1_Channel5_IRQHandler ;116
  DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117
  DCD 
DMA1_Channel7_IRQHandler ;118
  DCD ADC1_2_IRQHandler ;119
  DCD 
USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120
  DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121
  DCD 
CAN_RX1_IRQHandler ;122
  DCD CAN_SCE_IRQHandler ;123
  DCD 
EXTI9_5_IRQHandler ;124
  DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125
  DCD 
TIM1_UP_IRQHandler ;126
  DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127
  DCD 
TIM1_CC_IRQHandler ;128
  DCD TIM2_IRQHandler ;129
  DCD TIM3_IRQHandler ;130
  DCD TIM4_IRQHandler ;131
  DCD I2C1_EV_IRQHandler ;132
  DCD 
I2C1_ER_IRQHandler ;133
  DCD I2C2_EV_IRQHandler ;134
  DCD 
I2C2_ER_IRQHandler ;135
  DCD SPI1_IRQHandler ;136
  DCD SPI2_IRQHandler ;137
  DCD USART1_IRQHandler ;138
  DCD USART2_IRQHandler ;139
  DCD 
USART3_IRQHandler ;140
  DCD EXTI15_10_IRQHandler ;141
  DCD 
RTCAlarm_IRQHandler ;142
  DCD USBWakeUp_IRQHandler ;143
  DCD 
TIM8_BRK_IRQHandler ;144
  DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145
  DCD 
TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146
  DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147
  DCD 
ADC3_IRQHandler ;148
  DCD FSMC_IRQHandler ;149
  DCD SDIO_IRQHandler ;150
  DCD TIM5_IRQHandler ;151
  DCD SPI3_IRQHandler ;152
  DCD 
UART4_IRQHandler ;153
  DCD UART5_IRQHandler ;154
  DCD TIM6_IRQHandler 
;155
  DCD TIM7_IRQHandler ;156
  DCD DMA2_Channel1_IRQHandler 157
  DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158
  DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;159
  DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160
  AREA |.text|, CODE, READONLY ;161
  Reset_Handler PROC ;162
  EXPORT Reset_Handler ;163
  IF 
DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164
  LDR R0,= 0x00000114 ;165
  LDR R1,= 0x40021014 ;166
  STR R0,[R1] ;167
  LDR R0,= 0x000001E0 ;168
  LDR R1,= 
0x40021018 ;169
  STR R0,[R1] ;170
  LDR R0,= 0x44BB44BB ;171

[page]
  LDR R1,= 0x40011400 ;172
  STR R0,[R1] ;173
  LDR 
R0,= 0xBBBBBBBB ;174
  LDR R1,= 0x40011404 ;175
  STR R0,[R1] ;176
  LDR R0,= 0xB44444BB ;177
  LDR R1,= 0x40011800 ;178
  STR 
R0,[R1] ;179
  LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180
  LDR R1,= 0x40011804 ;181
  STR R0,[R1] ;182
  LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183
  LDR R1,= 
0x40011C00 ;184
  STR R0,[R1] ;185
  LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186
  LDR 
R1,= 0x40011C04 ;187
  STR R0,[R1] ;188
  LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189
  LDR R1,= 0x40012000 ;190
  STR R0,[R1] ;191
  LDR R0,= 
0x44444B44 ;192
  LDR R1,= 0x40012004 ;193
  STR R0,[R1] ;194
  LDR 
R0,= 0x00001011 ;195
  LDR R1,= 0xA0000010 ;196
  STR R0,[R1] ;197
  LDR R0,= 0x00000200 ;198
  LDR R1,= 0xA0000014 ;199
  STR 
R0,[R1] ;200
  ENDIF ;201
  IMPORT __main ;202
  LDR R0, =__main ;203
  BX R0 ;204
  ENDP ;205
  ALIGN ;206
  IF :DEF:__MICROLIB ;207
  EXPORT __initial_sp ;208
  EXPORT __heap_base ;209
  EXPORT 
__heap_limit ;210
  ELSE ;211
  IMPORT __use_two_region_memory ;212
  EXPORT __user_initial_stackheap ;213
  __user_initial_stackheap ;214
  LDR R0, = Heap_Mem ;215
  LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216
  LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217
  LDR R3, = Stack_Mem ;218
  BX LR ;219
  ALIGN ;220
  ENDIF ;221
  END ;222
  ENDIF ;223
  END ;224

  如程序清单一,STM32的启动代码一共224行,使用了汇编语言编写,这其中的主要原因下文将会给出交代。现在从第一行开始分析:

  ? 第1行:定义是否使用外部SRAM,为1则使用,为0则表示不使用。此语行若用C语言表达则等价于:

  #define DATA_IN_ExtSRAM 0

  ? 第2行:定义栈空间大小为0x00000400个字节,即1Kbyte。此语行亦等价于:

  #define Stack_Size 0x00000400

  ? 第3行:伪指令AREA,表示

  ? 第4行:开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。

  ? 第5行:标号__initial_sp,表示栈空间顶地址。

  ? 第6行:定义堆空间大小为0x00000400个字节,也为1Kbyte。

  ? 第7行:伪指令AREA
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  ? 第8行:标号__heap_base,表示堆空间起始地址。

  ? 第9行:开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。

  ? 第10行:标号__heap_limit,表示堆空间结束地址。

  ? 第11行:告诉编译器使用THUMB指令集。

  ? 第12行:告诉编译器以8字节对齐。

  ? 第13—81行:IMPORT指令,指示后续符号是在外部文件定义的(类似C语言中的全局变量声明),而下文可能会使用到这些符号。

  ? 第82行:定义只读数据段,实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000)

  ? 第83行:将标号__Vectors声明为全局标号,这样外部文件就可以使用这个标号。

  ? 第84行:标号__Vectors,表示中断向量表入口地址。

  ? 第85—160行:建立中断向量表。

  ? 第161行:

  ? 第162行:复位中断服务程序,PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。

  ? 第163行:声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性,这样外部文件就可以调用此复位中断服务。

  ? 第164行:IF…ENDIF为预编译结构,判断是否使用外部SRAM,在第1行中已定义为“不使用”。

  ? 第165—201行:此部分代码的作用是设置FSMC总线以支持SRAM,因不使用外部SRAM因此此部分代码不会被编译。

  ? 第202行:声明__main标号。

  ? 第203—204行:跳转__main地址执行。

  ? 第207行:IF…ELSE…ENDIF结构,判断是否使用DEF:__MICROLIB(此处为不使用)。

  ? 第208—210行:若使用DEF:__MICROLIB,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使用。

  ? 第212行:定义全局标号__use_two_region_memory。

  ? 第213行:声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。

  ? 第214行:标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化程序入口。

  ? 第215—218行:分别保存栈顶指针和栈大小,堆始地址和堆大小至R0,R1,R2,R3寄存器。

  ? 第224行:程序完毕。
[page]

  以上便是STM32的启动代码的完整解析,接下来对几个小地方做解释:

  1、 AREA指令:伪指令,用于定义代码段或数据段,后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“READONLY”或者“READWRITE”,其中 “READONLY”表示该段为只读属性,联系到STM32的内部存储介质,可知具有只读属性的段保存于FLASH区,即0x8000000地址后。而 “READONLY”表示该段为“可读写”属性,可知“可读写”段保存于SRAM区,即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道,堆栈段位于SRAM空间。从第82行可知,中断向量表放置与FLASH区,而这也是整片启动代码中最先被放进FLASH区的数据。因此可以得到一条重要的信息:0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp,0x8000004地址存放的是复位中断向量 Reset_Handler(STM32使用32位总线,因此存储空间为4字节对齐)。

  2、 DCD指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于C语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用C语言定义了一个指针数组,其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数。

  3、 标号:前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置,等价于C语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置,从C语言的角度来看,变量的地址,数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。

  4、 第202行中的__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址,因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行C程序。__main标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(对于程序清单一来说则是跳转 __user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的),并初始化映像文件,最后跳转C程序中的main函数。这就解释了为何所有的C 程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由C/C++标准实时库所规定的——并且不能更改,因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数,开始执行C程序了。

  至此可以总结一下STM32的启动文件和启动过程。首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬C/C++标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的 main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到C的世界。

转自:http://www.cnblogs.com/skl374199080/archive/2013/05/31/3109827.html

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