探究 STM32 的三种 BOOT(启动) 模式并实例验证

说明 STM32 的三种 Boot 模式的差异，并在之前第11-12周“C语言各种变量的存储地址”作业代码基础上，研究至少两种boot模式下，代码下载（烧录）运行后所在的地址位置，与理论对比验证

一、什么是 Boot 模式

问题一：STM32 的 BOOT 管脚有啥用？

• 在 STM32 的板子上，可以看到有 BOOT0 、BOOT1 这两个管脚，刚买的板子，用短路帽将 BOOT0、BOOT1都接地的，也就是 BOOT0 和 BOOT1 的电平都置为 0，用短路帽将 BOOT 连到 3V3 即可置 1。
  
• BOOT 拥有三种启动模式，如下图所示：
  
• 所以说，平时呢我们都是默认使用的是主闪存存储器。
• 所以说，将 BOOT 接不通的电平，可以选择不同的启动模式。
• 这两个管脚在芯片复位时的电平状态决定了芯片复位后从哪个区域开始执行程序。

问题二：这三种启动模式是什么意思？

• 先来说一说 STM32 启动的过程。
• 所谓启动，一般来说就是指我们下好程序后，重启芯片时，SYSCLK（系统时钟）的第 4 个上升沿，BOOT 引脚的值将被锁存，也就是将两个 BOOT 的电平值（ 0 或 1）存储起来。
• 用户可以通过设置 BOOT1 和 BOOT0 引脚的状态，来选择在复位后的启动模式。

主闪存存储器：

• 是 STM32 内置的 Flash，一般我们使用 JTAG 或者 SWD 模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。

系统存储器

• 从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。一般来说，这种启动方式用的比较少。
• 系统存储器是芯片内部一块特定的区域，STM32 在出厂时，由 ST 在这个区域内部预置了一段 BootLoader， 也就是我们常说的 ISP 程序， 这是一块ROM，出厂后无法修改。
• 一般来说，我们选用这种启动模式时，是为了从串口下载程序，因为在厂家提供的 BootLoader 中，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个 BootLoader 将程序下载到系统的 Flash 中。但是这个下载方式需要以下步骤：
  • Step1：将 BOOT0 设置为 1，BOOT1 设置为 0，然后按下复位键，这样才能从系统存储器启动 BootLoader
  • Step2：最后在 BootLoader 的帮助下，通过串口下载程序到 Flash 中
  • Step3：程序下载完成后，又有需要将 BOOT0 设置为 GND，手动复位，这样，STM32 才可以从 Flash 中启动可以看到。
• 利用串口下载程序还是比较的麻烦， 需要跳帽跳来跳去的，非常的不注重用户体验。

内置 SRAM

• 内置 SRAM，既然是 SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。
• 假如我只修改了代码中一个小小的地方，然后就需要重新擦除整个 Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是 STM32 的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，在将程序下载到 SRAM 中。

问题三：这三种模式的本质区别是什么？

BOOT1	BOOT0	描述
x	0	从用户闪存启动，这是正常的工作模式
0	1	从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能由厂家设置
1	1	从内置SRAM 启动，这种模式可以用于调试

特别注意：
1、一般不使用内置 SRAM 启动(BOOT1=1 BOOT0=1)，因为 SRAM 掉电后数据就丢失。
2、多数情况下 SRAM 只是在调试时使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部诊断，写一段小程序加载到 SRAM 中诊断板上的其他电路，或用此方法读写板上的 Flash 或 EEPROM 等。
3、还可以通过这种方法解除内部 Flash 的读写保护，当然解除读写保护的同时 Flash 的内容也被自动清除，以防止恶意的软件拷贝。

问题四：三种模式的存储地址在哪？

• 主闪存存储器——访问地址为 0x 0000 0000 或 0x 0800 0000
• 系统存储器——访问地址为 0x 0000 0000 或 0x 1FF0 0000
• 内置SRAM——启动时地址为 0x 0000 0000 或 0x 2000 0000

二、实例验证

• 这里代码实例使用的是我另一篇博客的代码：探究 STM32 内存分区方式
• 下面只探究主闪存存储器和系统存储器这两个部分。
• 首先将串口调试助手一直打开。

主闪存存储器：

• 首先置 BOOT1、BOOT0 均为 0 ，再烧录程序.
• 串口调试助手马上有了显示结果，如下：
  
• 主闪存存储器的访问地址是从 0x 0800 0000 开始的，最小的地址都没有低于 0x 0800 0000

系统存储器：

• 首先置 BOOT1 为 0 、BOOT0 为 1，再烧录程序（更改一丢丢程序内容）。
• 烧录完后，串口调试助手没有反应。
• 这时再置 BOOT1 为 0、BOOT0 为 0，并按 RESET 复位键.
• 串口调试助手有了显示结果，如下：
  
• 显示结果的地址相同。

问题：为什么烧录程序的过程会有些许不同呢？

现象——

• 主闪存存储器——烧录程序后立马就显示数据；
• 系统存储器——烧录程序后，需置 BOOT0 为 0，然后按复位显示数据；

原因——

• 主闪存存储器——hex 文件直接储存到 Flash 上，烧录后，程序直接就运行了，开发板和上位机就直接可以进行通信；
• 系统存储器——将 BOOT0 设置为 1，BOOT1 设置为 0，然后按下复位键，这样才能从系统存储器启动 BootLoader，在 BootLoader 的帮助下，通过串口下载程序到 Flash 中，程序下载完成后，又有需要将 BOOT0 设置为 GND，手动复位，这样，STM32 才可以从 Flash 中启动可以看到（也就是上面的三个步骤）。

三、总结

• STM32 的三种启动模式最常用还是第一个（主闪存存储器），方便用于下载程序并与上位机通讯，不需要自己手动更改 BOOT 的值，而第三种（内存 SRAM）不怎么常用，可以说基本上没用到，这里就没做介绍了。

四、参考资料

1、浅谈STM32的三种Boot模式
2、STM32 BOOT模式配置以及作用
3、STM32 的三种不同启动模式