STM32启动文件总结

一、ARM控制器一些启动简介

        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:
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。

       而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。

二、STM32启动文件简介

2.1启动文件的主要工作

      启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

      1、初始化堆栈指针SP=_initial_sp

      2、初始化PC指针=Reset_Handler

      3、初始化中断向量表

      4、配置系统时钟

      5、调用C库函数_main 初始化用户堆栈，从而最终调用main函数去到C 的世界

 

2.2启动文件中的一些汇编指令：

 

2.3 一些启动代码分析

2.3.1 堆栈定义

1 Stack_SizeEQU 0x00000400

2

3AREASTACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

4 Stack_MemSPACE Stack_Size

5 __initial_sp

开辟栈的大小为0X00000400（1KB），名字为STACK，NOINIT即不初始化，可读可写，8（2^3）字节对齐。

栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM 的大小。如果编写的程序比较大，定义的局部变量很多，那么就需要修改栈的大小。如果某一天，你写的程序出现了莫名奇怪的错误，并进入了硬fault 的时候，这时你就要考虑下是不是栈不够大，溢出了。

EQU：宏定义的伪指令，相当于等于，类似与C 中的define。

AREA：告诉汇编器汇编一个新的代码段或者数据段。STACK 表示段名，这个可以任意命名；NOINIT表示不初始                   化；READWRITE 表示可读可写，ALIGN=3，表示按照2^3对齐，即8 字节对齐。

SPACE：用于分配一定大小的内存空间，单位为字节。这里指定大小等于Stack_Size。

标号__initial_sp紧挨着SPACE 语句放置，表示栈的结束地址，即栈顶地址，栈是由高向低生长的。 

之后定义堆。

初始化用户堆栈大小，这部分由C 库函数__main来完成，当初始化完堆栈之后，就调用main函数去到C 的世界。

2.3.2定义一个数据段用于放置中断向量表

1 AREA RESET, DATA, READONLY

2 EXPORT __Vectors

3 EXPORT __Vectors_End

4 EXPORT __Vectors_Size

定义一个数据段，名字为RESET，可读。并声明__Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size这三个标号可被外部的文件使用。

EXPORT：声明一个标号可被外部的文件使用，使标号具有全局属性。如果是IAR 编译器，则使用的是GLOBAL这个指令。

下面这段话引用自《CM3 权威指南CnR2》3.5—向量表，因为暂时没有找到关于M4 向量表的说明，但是CM4 跟CM3 差不多，有很大的参考价值。

当CM3 内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程(ESR)就会执行。为了决定ESR 的入口地址， CM3 使用了“向量表查表机制”。这里使用一张向量表。向量表其实是一个WORD（ 32 位整数）数组，元素的值则是该ESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过NVIC 中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为0。因此，在地址0 （即FLASH 地址0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。

…………..（其他中断以此排）

举个例子，如果发生了异常11（ SVC），则NVIC 会计算出偏移移量是11x4=0x2C，然后从那里取出服务例程的入口地址并跳入。要注意的是这里有个另类：0 号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后MSP 的初值。

2.3.3 建立向量表

1 __VectorsDCD __initial_sp;栈顶地址

2 DCD Reset_Handler ;复位程序地址

3 DCD NMI_Handler

4 DCD HardFault_Handler

5 DCD MemManage_Handler

6 DCD BusFault_Handler

7 DCD UsageFault_Handler

8 DCD 0 ; 0 表示保留

9 DCD 0

10 DCD 0

11 DCD 0

12 DCD SVC_Handler

13 DCD DebugMon_Handler

24 ;限于篇幅，中间代码省略

25 DCD LTDC_IRQHandler

26 DCD LTDC_ER_IRQHandler

27 DCD DMA2D_IRQHandler

28 __Vectors_End

1 __Vectors_SizeEQU __Vectors_End - __Vectors

 

__Vectors 为向量表起始地址，__Vectors_End为向量表结束地址，两个相减即可算出向量表大小。

向量表从FLASH 的0 地址开始放置，以4 个字节为一个单位，地址0 存放的是栈顶地址，0X04 存放的是复位程序的地址，以此类推。从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，可我们知道C 语言中的函数名就是一个地址。（由此知道，中断函数的函数名都已经知道了）

DCD：分配一个或者多个以字为单位的内存，以四字节对齐，并要求初始化这些内存。在向量表中，DCD 分配了一堆内存，并且以ESR 的入口地址初始化它们。

 

2.3.4复位程序

1 AREA |.text|, CODE, READONLY

定义一个名称为.text 的代码段，可读。

1 Reset_HandlerPROC

2 EXPORT Reset_Handler [WEAK]

3 IMPORT SystemInit

4 IMPORT __main

56

LDR R0, =SystemInit

7 BLX R0

8 LDR R0, =__main

9 BX R0

10 ENDP

复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用SystemInit 函数初始化系统时钟，然后调用C 库函数_mian，最终调用main 函数去到C 的世界。

 __main 是一个标准的C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈，最终调用main 函数去到C 的世界。这就是为什么我们写的程序都有一个main 函数的原因。如果我们在这里不调用__main，那么程序最终就不会调用我们C 文件里面的main，如果是调皮的用户就可以修改主函数的名称，然后在这里面IMPORT 你写的主函数名称即可。

2.3.5系统启动流程

在离开复位状态后， CM3 做的第一件事就是读取下列两个32 位整数的值：

1、从地址0x0000,0000 处取出MSP 的初始值。

2、从地址0x0000,0004 处取出PC 的初始值——这个值是复位向量，LSB 必须是1。然后从这个值所对应的地址处取指。

请注意，这与传统的ARM 架构不同——其实也和绝大多数的其它单片机不同。传统的ARM 架构总是从0 地址开始执行第一条指令。它们的0 地址处总是一条跳转指令。在CM3 中，在0地址处提供MSP 的初始值，然后紧跟着就是向量表。向量表中的数值是32位的地址，而不是跳转指令。向量表的第一个条目指向复位后应执行的第一条指令，就是刚刚分析的Reset_Handler 这个函数。

因为CM3 使用的是向下生长的满栈，所以MSP的初始值必须是堆栈内存的末地址加1。举例来说，如果我们的堆栈区域在0x20007C00-0x20007FFF之间，那么MSP 的初始值就必须是0x20008000。

向量表跟随在MSP 的初始值之后——也就是第2个表目。要注意因为CM3 是在Thumb 态下执行，所以向量表中的每个数值都必须把LSB 置1（也就是奇数）。正是因为这个原因，图3 中使用0x101 来表达地址0x100。当0x100处的指令得到执行后，就正式开始了程序的执行（即去到C 的世界）。在此之前初始化MSP 是必需的，因为可能第1条指令还没来得及执行，就发生了NMI或是其它fault。MSP 初始化好后就已经为它们的服务例程准备好了堆栈。

现在，程序就进入了我们熟悉的C 世界，现在我们也应该明白main 并不是系统执行的第一个程序了。

2.4 具体的每行代码注释

    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。
    第2行：定义栈空间大小为0x00000400个字节，即1Kbyte。
    第3行：伪指令AREA
    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，
    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。

2.5 STM32的启动文件和启动过程

       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执行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。