Cortex-M3启动代码分析

之前写过一篇类似的文章，对CORTEX-M3启动代码做了简要分析，现在对CORTEX-M3启动代码做一个更加详尽的分析（分析非常到位）

目标

1.掌握嵌入式应用程序设计的基本知识
2.掌握starup_stm32f10x_cl.s中常见汇编指令
3.能分析starup_stm32f10x_cl.s启动代码

嵌入式应用系统中的存储映射

1.在设计嵌入式应用系统时，为了追求最好的性能价格比，系统中通常包括多种存储器，如ROM、16位RAM、32位RAM和FLASH等，这样一个重要的问题就是设计其存储系统的布局。

2.在RAM 体系结构中，系统复位后将跳转到地址0x0处执行，该处存放的是复位异常中断的中断向量。对于嵌入式系统来说，在系统复位时RAM中是不存在代码和数据的。因此在系统复位时，地址0x0处应该为ROM，即系统复位后应该首先从ROM中开始执行。

地址0x0处为ROM

1.这里所说的地址0x0处为ROM，是指在系统运行过程中，地址0x0处为ROM，对于嵌入式系统来说，在系统复位时地址0x0处总为ROM。这种情况非常简单，在地址0x0处存放着复位异常中断向量，根据此中断向量，程序跳转到相应的位置进行系统初始化等操作。

2.这种情况有一个缺点，通常相对于RAM来说，ROM的数据宽度较小，速度较慢，这会使系统响应异常中断的速度较慢，而且如果异常中断向量表放在ROM中，则中断向量表内容不能修改。

地址0x0处为RAM

1.这里所说的地址0x0处为RAM，是指在系统运行过程中，地址0x0处为RAM，对于嵌入式系统来说，在系统复位时地址0x0处总为ROM。因此，对于地址0x0处为RAM的系统，为了保证系统复位后从ROM中开始执行，在系统复位时，系统中的存储映射机构将ROM映射到地址0x0处，然后在程序运行的最初几条指令中，系统中的存储映射机构进行地址重映射，重新将RAM映射到地址0x0处。

2.优点：RAM的数据宽度较大，速度较快，这会使系统响应异常中断的速度更快。而且异常中断向量表放在RAM中，程序在运行过程中可以修改中断向量表内容，使得系统更为灵活。

系统初始化

系统运行环境初始化，包括异常中断向量初始化、数据栈初始化以及IO初始化等。

应用程序初始化，例如C语言变量的初始化等。

启动代码功能总结：

1）堆和栈的初始化；

2）向量表定义；

3）地址重映射及中断向量表的转移；

4）设置系统时钟频率；

5）中断寄存器的初始化；

6）进入C应用程序。

预备知识

√一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分  ：

1.栈区（stack）—   编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。  

2.堆区（heap）   —   一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回 收   。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。 

3.全局区（静态区）（static）—全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的 全局变量和静态变量在一块区域，   未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另  一块区域。  程序结束后由系统释放。 

4.文字常量区   —常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放  
5. 程序代码区—存放函数体的二进制代码。 
//main.cpp  

int   a   =   0;   全局初始化区      

char   *p1;   全局未初始化区      

main()      

 {    

int   b;   栈    

char   s[]   =   “abc”;   栈      

char   *p2;   栈    

char   *p3   =   “123456”;   123456\0在常量区，p3在栈上 

static   int   c   =0；   全局（静态）初始化区    

p1   =   (char   *)malloc(10);      

p2   =   (char   *)malloc(20);      分配得来得10和20字节的区域就在堆区。    

strcpy(p1,   "123456");   123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"    优化成一个地方。

 }

ENTRY: 伪操作指定程序的人口点
AREA:伪操作用于定义一个代码段或者数据段
DCD:用于分配一段字内存单元

代码分析1

√  栈的初始化：
Stack_Size      EQU     0x00000400
  AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp
定义Stack Size为0x00000400;
定义栈 ，可初始化为0，8字节对齐
分配0x00000400个连续字节，并初始化为0
汇编代码地址标号        

代码分析2

√  堆的初始化：
Heap_Size       EQU     0x00000400
 AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit
定义Heap Size为0x00000400;
 定义堆 ，可初始化为0，8字节对齐
分配0x00000400个连续字节，并初始化为0
汇编代码地址标号    

代码分析3

 PRESERVE8

  THUMB 

指定当前文件堆栈8字节对齐

告诉汇编器下面是32为的Thumb指令，如果需要汇编器将插入位以保证对齐

代码分析4

见 STM3210X datasheet V10C.pdf  130页
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY  
//定义复位向量段，只读
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size//定义一个可以在其他文件中使用的全局标号，此处表示中断地址
__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of Stack
//给__initial_sp 分配4字节32位的地址0x0

代码分析5

DCD     Reset_Handler             ; Reset Handler
// 给标号Reset Handler分配地址为0x00000004
DCD     NMI_Handler               ; NMI Handler
//给标号NMI Handler分配地址0x00000008
                DCD     HardFault_Handler         ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler   ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler          ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler      ; Usage Fault Handler
                DCD     0                         ; Reserved
//这种形式就是保留地址，不给任何标号分配

代码分析6

 DCD     ETH_WKUP_IRQHandler        ; Ethernet Wakeup through EXTI line
                DCD     CAN2_TX_IRQHandler         ; CAN2 TX
                DCD     CAN2_RX0_IRQHandler        ; CAN2 RX0
                DCD     CAN2_RX1_IRQHandler        ; CAN2 RX1
                DCD     CAN2_SCE_IRQHandler        ; CAN2 SCE
                DCD     OTG_FS_IRQHandler          ; USB OTG FS
__Vectors_End 
__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

代码分析7

√ 中断向量表的转移
AREA    |.text|, CODE, READONLY  //代码段定义
; Reset handler routine
Reset_Handler    PROC  //标记一个函数的开始
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
//【WEAK】选项表示当所有的源文件都没有定义一个标号时，编译器也不给出错误信息，在多数情况下将该标号置为0，若该标号为B或BL指令引用，则将B或BL指令置为NOP操作；
//EXPORT 提示编译器标号可以为外部文件引用；

代码分析8

        IMPORT  __main

//通知编译器要使用的标号在其他文件

                 LDR     R0, =__main

// 使用“＝”表示LDR目前是伪指令不是标准指令，这里是把_main的地址给R0;

                 BX      R0

//BX是ARM指令集和THUMB指令集之间的程序的跳转

                 ENDP

代码分析9

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP
HardFault_Handler\ 
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP

代码分析10

MemManage_Handler\
                PROC
                EXPORT  MemManage_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP 。。。。。。
CAN2_SCE_IRQHandler
OTG_FS_IRQHandler
                                            B       .
                                             ENDP
                                             ALIGN 

代码分析11

√ 堆和栈的初始化
; User Stack and Heap initialization
;**************************************************
                 IF      :DEF:__MICROLIB     
//DEF:X 就是说X定义了则为真，否则为假           
                 EXPORT  __initial_sp
                 EXPORT  __heap_base
                 EXPORT  __heap_limit                
                 ELSE
                 IMPORT  __use_two_region_memory
                 EXPORT  __user_initial_stackheap 

代码分析12

√ 堆和栈的初始化
__user_initial_stackheap
                 LDR     R0, =  Heap_Mem
                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
                 LDR     R3, = Stack_Mem
                 BX      LR
                 ALIGN
                 ENDIF
                 END

启动配置

从主闪存存储器启动：主闪存存储器被映射到启动空间(0x0000 0000)，但仍然能够在它原有的地址(0x0800 0000)访问它，即闪存存储器的内容可以在两个地址区域访问，0x0000 0000或0x0800 0000。
 从系统存储器启动：系统存储器被映射到启动空间(0x0000 0000)，但仍然能够在它原有的地址(互联型产品原有地址为0x1FFF B000，其它产品原有地址为0x1FFF F000)访问它。
 从内置SRAM启动：只能在0x2000 0000开始的地址区访问SRAM。 

启动配置