stm32系列启动文件解读（KEIL编译环境）

基于stm32f103c8t6芯片的启动文件进行分析。

启动文件在嵌入式芯片开发是必不可少的，其文件后缀是.s，通常需要加入工程参与编译。它的的用包括一下几点：

1. 开辟栈、堆的空间。
2. 初始化中断向量表。
3. 调用外部SystemInit函数，初始化时钟。
4. 调用C库函数__main初始化用户栈，调用main函数转到C世界。

启动文件使用汇编语言编写，如果熟悉汇编语言，那么很容易理解它；如果不熟悉汇编语言，针对启动文件里用到的汇编指令，下面会一一介绍。

1.启动文件使用到的汇编指令

指令名称	作用
EQU	给数据常量起一个符号名，相当于C语言的#define
AREA	汇编一个新的代码段或者数据段
SPACE	分配内存空间
PRESERVE8	告诉编译器，指定当前文件的堆按照8字节对齐
THUMB	表示后面指令兼容THUMB指令。
EXPORT	声明一个标号具有外部属性，可在外部文件使用
DCD	以字节为单位，按照4字节对齐，并要求初始化这些内存
PROC	定义子程序，与ENDP成对使用，表示子程序结束。
WEAK	编译器指令（不同的编译器有差异），弱定义一个标号，如果外部文件声明了该标号，则优先使用外部文件的定义。避免出现重定义错误。
IMPORT	声明标号来自外部文件，相当于C语言的extern
B	跳转到一个标号
ALIGN	编译器指令（不同的编译器有差异），编译器对指令或数据的存放地址进行对齐，一般跟一个立即数，默认表示按照4字节对齐。
END	文件结束标志
IF,ELSE,ENDIF	汇编条件分支语句，相当于C语言的#if #else #endif
;	行注释起始符号，相当于C语言的“//“

 

2.启动文件代码分析

Stack_Size      EQU     0x00000400
                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

上面代码定义了栈的大小为0x00000400（1KB），名称为STACK，NOINIT表示不初始化，REAWRITE表示可读可下，ALIGN = 3表示按照8（即2^3）字节对齐。还定义了标号__initial_sp（栈的结束地址）。利用SPACE关键字来申请空间，大小为Stack_Size，记作Stack_Mem。栈是由高向低生长的。

栈的空间用于局部变量、函数调用、函数形参等开销，栈的大小不能超过芯片内部SRAM大小；如果编写的程序局部变量比较多，占用内存比较大，会造成栈溢出，导致进入硬故障，这时候需要考虑增加栈空间大小。

Heap_Size       EQU     0x00000200
                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base

Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

       上面的代码定义了堆大小为0x00000200（512字节），名称为HEAP，NOINIT表示不初始化，READWRITE表示可读可写，ALIGN = 3表示按照8（即2^3）字节对齐。还定义了标号：__heap_base（堆的起始地址）、__heap_limit（堆的结束地址）。利用SPACE关键字来申请空间，大小为Heap_Size，记作Heap_Mem。堆是由低向高生长的，与栈的生长方向相反。

       堆的主要用于动态内存的分配，像malloc()函数申请的内存就在堆中。这个在STM32里面用得比较少。

                PRESERVE8
                THUMB

上面两个在前面的指令表格里已经说明。

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset

                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

上面代码定义了一个数据段，名称为RESET，仅可读，还声明了3个外部文件可以使用的标号：__Vectors（向量表起始地址）、__Vectors_End（向量表结束地址）、__Vectors_Size（向量表大小）。

向量表其实就是一个WORD(32bit整数)数组，每一个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该ESR的入口地址。向量表在地址空间的位置是可以被设置的，同过NVIC中的一个重定位寄存器来指定向量表的地址。复位之后，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，用于初始化时的异常分配。

接下来的代码就是分配向量表的内存

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack（栈顶地址）
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler（复位程序地址）
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                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（保留）
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler

                ; External Interrupts

                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                ；（中间代码省略）

                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
__Vectors_End

__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

       上面代码利用DCD关键字以4字节对齐，分配了一堆内存，类似之前SPACE关键字的作用。利用__Vectors_End（堆结束地址）减去__Vectors（堆的起始地址）得到堆的大小__Vectors_Size。

       向量表从flash的0地址开始放置，以4字节为一个单位，地址0存放的时栈顶地址，接着0x04存放的时复位程序的地址，以此类推。向量表中存放的都是中断函数的函数名，可我们知道C语言中函数名就是一个地址。

        AREA    |.text|, CODE, READONLY

       上面代码表示是定义一个名称为.text的代码段，仅可读。

       ; Reset handler
Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
          IMPORT  __main
          IMPORT  SystemInit

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

       复位子程序是系统上电第一个执行的程序，调用SystemInit函数（sysyem_stm32f4xx.c文件里定义的）初始化系统时钟等，然后调用C库函数_main（编译器自带的），在_main函数里最终会调用main函数转到C的世界。

       LDR、BLX、BX是CM4内核的指令：

LDR：从储存器中加载一个字到寄存器中。

BL：跳转到由寄存器/标号给出的地址，并把跳转前的下一条指令保存到LR中。

BLX：跳转到由寄存器/标号给出的地址，并根据寄存器的LSE确定处理器的状态，并把跳转前的下一条指令保存到LR中。

BX：跳转到有寄存器/标号给出的地址，不用返回。

接下来的代码就是中断服务程序的实现，一般来说，我们会在外部的c文件实现中断函数，这里定义了只是备用，以防我们把某个中断使能了，但忘了实现它的中断函数或者函数名写错，那么系统就会执行下面的程序，并且下面的中断函数会进入无限循环，程序也就死在这里。

NMI_Handler     PROC    ;不可屏蔽的系统异常中断
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP

HardFault_Handler\             ;所有类型错误的中断
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP

（省略一部分代码）

SysTick_Handler PROC        ;系统滴答定时器中断
                EXPORT  SysTick_Handler            [WEAK]
                B       .
                ENDP

Default_Handler PROC        ;外设中断

                EXPORT  WWDG_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  PVD_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  TAMPER_IRQHandler          [WEAK]
（省略一部分代码）

RTCAlarm_IRQHandler

USBWakeUp_IRQHandler
                B       .
                ENDP
                ALIGN

B：跳转到一个标号，这里跳转到一个‘.’，表示无限循环。

;*******************************************************************************

; User Stack and Heap initialization

;*******************************************************************************

                 IF      :DEF:__MICROLIB  ;这个宏在KEIL里面开启                     
                 EXPORT  __initial_sp
                 EXPORT  __heap_base
                 EXPORT  __heap_limit             
                 ELSE               
                 IMPORT  __use_two_region_memory     ;这个函数由用户自己实现
                 EXPORT  __user_initial_stackheap          
__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

如果勾选【Options for Target】->【Target】->【Use MicroLIB】，那么就会定义宏__MICROLOB。

如果定义了__MICROLOB，那么把__initial_sp（栈起始地址）、__heap_base（堆开始地址）、__heap_limit（堆结束地址）标号赋予全局属性，那么在外部文件也可以使用，然后堆和栈的初始化就由C库函数__main来完成。

如果没有定义__MICROLOB，采用双段存储器模式，且声明标号__user_initial_stackheap具有全局性，让用户自己来初始化堆和栈。KEIL C库函数会调用__user_initial_stackheap，通过R0~R3将堆栈以参数形式传递给KEIL C库。