【10】STM32·HAL库开发-MAP文件解析 | STM32启动过程

该篇文章参考资料为：
STM32 MAP文件浅析.pdf
STM32 启动文件浅析.pdf
Cortex-M3权威指南(中文).pdf

1，MAP文件浅析（了解）

  MDK编译会产生一些中间文件，在之前新建MDK工程时使其输出到了【Output】文件夹，总共有11种，如下表所示：

1.1MAP文件概念和作用

MAP文件是MDK编译代码后，产生的集程序、数据及IO空间的一种映射列表文件。简单说就是包括了：各种.c文件、函数、符号等的地址、大小、引用关系等信息，用于分析各.c文件占用FLASH 和 RAM的大小，方便优化代码。

1.2MAP文件组成

组成部分	简介
程序段交叉引用关系	描述各文件之间函数调用关系
删除映像未使用的程序段	描述工程中未用到而被删除的冗余程序段(函数/数据)(比如说定义了变量temp，但是后面并没有使用temp，MAP文件将变量temp删除，生成一个被删除的列表，也可以是函数，表示未被是使用。)
映像符号表	描述各符号（程序段/数据）在存储器中的地址、类型、大小等
映像内存分布图	描述各个程序段（函数）在存储器中的地址及占用大小
映像组件大小	给出整个映像代码（.o）占用空间汇总信息

1.3MAP文件实操

学会分析：哪个.c占用flash 和ram比较大，以便针对性的优化。（以【09】STM32·HAL库-新建HAL库版本MDK工程 | 下载STM32固件库文章中创建工程为例。）

  在【LIsting】选项卡中，可以配置MAP文件产生文件，如果要产生MAP文件需要勾选【Linker Listng: …\Output\f103.map】，具体内容由下方勾选框决定，默认全部勾选。

  在【C/C++】选项卡中，勾选【One ELF Section per Function】，可以将冗余的程序段删除。

  可以在工程中【Output】文件夹可以找到MAP文件，另一种就是在MDK中双击工程名可以打开MAP文件，此处MAP文件能打开，前提是编译工程0错误，否则可能产生的文件不完整。


  “i.main”表示main函数的入口地址，调用了stm32f1xx_hal.o中的"i.HALL_Init"入口地址，也就是HAL_Init函数。

	main.o(i.main) refers to stm32f1xx_hal.o(i.HAL_Init) for HAL_Init
    main.o(i.main) refers to sys.o(i.sys_stm32_clock_init) for sys_stm32_clock_init
    main.o(i.main) refers to delay.o(i.delay_init) for delay_init
    main.o(i.main) refers to main.o(i.led_init) for led_init

  与main函数中代码相对应。

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_init();                         /* LED初始化 */

  以下部分是未使用的程序段组成的列表。

  映像符号表显示的内容是局部、全局变量或函数地址、类型、大小等，改变函数为static数据类型，可以改变其在局部或全局的位置。

  映像内存分布图可以查看程序段在存储器的地址及占用大小。

  映像组件文件，可以查看用户程序文件的占用空间信息。Code是代码占用空间量，data是编译器数据（不用管），R0 Data是只读，RW Data是可读可写，delay.o是delay.c产生的文件，占用FLASH是Code+R0 Data+RW Data，放到SRAM上是RW Data ZI Data

2.STM32启动过程（了解）

2.1STM32启动模式（F1/F4/F7/H7）（也称自举模式）

M3/M4/M7等内核复位后，做的第一件事：
1，从地址 0x0000 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址:
2，从地址 0x0000 0004 （STM32为32位单片机，4个字节）处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值是复位向量。

  芯片厂商可以会把0x0000 0000和0x0000 0004地址映射到其它的地址，根据映射地址的来源将启动分为几种模式。

2.1.1STM32启动模式（F1/F4）

  在系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存。从系统存储器启动时，系统存储器中存放的是ST的Bootloader程序，Bootloader程序可以引导我们用其他方式下载程序。内置SRAM起始地址也就是块2地址。

  F4系列不仅可以从内置SRAM启动，还可以从外部SRAM启动，如果要使用FSMC重映射到外部的SRAM：可以通过配置SYSCFG_MEMRMP寄存器。无法下载程序时可以尝试解决方法：BOOT0接3.3V，按复位，然后再下载。

2.1.2STM32启动模式（F7）

  与F1、F4系列相同，F7系列在系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存；不同的是在F7系列中只有一个BOOT引脚，接GND为0，接3.3V为1，启动地址由“启动地址选项字节”决定，BOOT_ADD0和BOOT_ADD1位域由FLASH_OPTCR1寄存器决定，由于寄存器设置的是29：14位，该寄存器一共是32位，所以造成寄存器值和启动地址不一致，如果将寄存器值放到32位中对应的值就是启动地址。

  F7系列可以从ITCM或者AXIM都访问到FLASH。允许将自举存储器地址配置为从 0x0000 0000 到 0x2004 FFFF 的任意地址（16KB的整数倍，最小操作位为14，2¹⁴/1024=16kb）。无法下载程序时可以尝试解决方法：BOOT接3.3V，按复位，然后再下载。

2.1.3STM32启动模式（H7）

  在系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存。


  选项字节允许将自举存储器地址配置为从 0x0000 0000 到 0x3FFF 0000 的任意地址，其中低16位只能为0，无论BOOT引脚高低电平，只能设置高16位。无法下载程序解决方法：B0接3.3，按复位，然后再下载。

2.2STM32启动过程（以内部FLASH启动为例）

  在地址0x0800 0000获取栈顶指针MSP的值，在地址0x0800 0004获取中断向量表中的复位向量，也就是中断复位函数名，也是该函数的首地址，该函数被定义在启动文件中，执行完以上两步后，到达main函数，执行用户程序。

2.2.1启动文件介绍

  **参考资料：**STM32 启动文件浅析.pdf

1，初始化MSP：从0X0800 0000获取，因为从FLASH开始启动；
2，初始化PC：从0X0800 0004获取；
3，设置堆栈大小：Heap_Size(堆)、Stack_Size(栈)，通过着两个宏来设置堆栈大小；
4，初始化中断向量表：__Vectors定义；
5，调用初始化函数：可选的，如调用： SystemInit函数；
6，调用__main：标准C库函数，执行一系列设置，最终调用main函数。用户编写了main函数，编译器会自动定义__main函数。

2.2.2Reset_Handler函数介绍

  复位中断函数Reset_Handler被定义在启动文件中，启动文件后缀是“.s”，是汇编语言文件。Reset_Handler函数源码如下：

Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler   [WEAK]
                IMPORT  __main
                IMPORT  SystemInit
                LDR   R0, =SystemInit
                BLX   R0               
                LDR   R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

EXPORT：标明全局属性，可被外部调用
IMPORT：声明来自外部文件，类extern
PROC：定义子程序
ENDP：表示子程序结束
WEAK：弱定义，允许用户在其他地方重新定义Reset_Handler函数，那么此处的函数将失效。在HAL库版本中，SystemInit函数在system_stm32f1xx.c中定义，而在寄存器中没有定义所以用分号“；”进行注释掉三行代码。
调用__main，完成一系列操作后，就会执行用户的main函数。
如果外部没有：SystemInit函数，则会报错！！

2.2.2堆栈简介

  函数局部变量较多，嵌套关系复杂时，需加大栈大小（Stack_Size），超过栈的定义大小时会溢出，在启动文件startup_stm32f103xe.s中，栈大小被设置成如下所示。也就是1KB的大小，堆被设置成512B的大小。

Stack_Size      EQU     0x00000400
...
Heap_Size       EQU     0x00000200

  中断向量表如下所示，其中__initial_sp为栈顶指针，STM32复位后第一件事是让MSP指针取中断向量表栈顶地址，依次偏移4字节，可以得到复位中断向量地址等，中断向量表中只是列出了中断处理函数的首地址，在其他处定义。

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                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
                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
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler           ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler   ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler   ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler   ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTC_Alarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End

__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

                AREA    |.text|, CODE, READONLY

2.3STM32启动过程图解

  以下信息是正点原子HAL库跑马灯实验仿真得到的数据图，其中堆是0x200大小，大小是0x20000388减去0x20000188，MSP指针自动对值进行加1处理，其实堆空间是到0x20000387，同理栈大小是0x400，但是是向下生长。内核从FLASH启动，首先从0x0800,0000获取MSP堆栈指针初始值（也就是栈顶地址__initial_sp），然后从0x0800,0000获取PC指针初始值（也就是复位中断服务函数首地址），这两个地址通过MAP文件得到，

3，总结（了解）