STM32 启动文件 详解
STM32启动文件详解
- 前言
- 一、启动文件概述
- 二、ARM汇编指令
- 二、启动文件代码分析
-
- 1.1.Stack(栈)
- 2.Heap(堆)
- 3.Vectors Table (向量表)
- 4.ResetHandler (复位中断处理程序)
- 5.用户堆栈初始化
- Reference
前言
本片博文主要总结 STM32 程序启动流程与启动文件的理解，以及学习过程中的一些体会、遇到的问题，望可以帮助有需要的人。
笔记内容多为自己总结、心得，如有错漏不恰当之处望不吝指正。
一、启动文件概述
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 ；
本文 对STM32启动文件 startup_stm32f10x_hd.s 的代码进行分析，其他类型芯片启动文件类似，仅存在些许差异。
二、ARM汇编指令
由于启动文件采用汇编语言编写，分析之前，需要了解一下使用到的汇编指令：
二、启动文件代码分析
1.1.Stack(栈)
; <h> Stack Configuration
; <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
Stack_Size EQU 0x00000400
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem SPACE Stack_Size
__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
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。
2.Heap(堆)
; <h> Heap Configuration
; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
Heap_Size EQU 0x00000200
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem SPACE Heap_Size
__heap_limit
PRESERVE8
THUMB
开辟堆的大小为 0X00000200（512 字节），名字为 HEAP，NOINIT 即不初始化，可读可写，8（2^3）字节对齐。
__heap_base 表示堆的起始地址；
__heap_limit 表示堆的结束地址；
堆是由低向高生长的，跟栈的生长方向相反。
PRESERVE8 ： 指定当前文件的堆栈按照 8字节对齐；
THUMB ： 表示后面指令兼容 THUMB 指令；
3.Vectors Table (向量表)
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
EXPORT __Vectors_End
EXPORT __Vectors_Size
定义一个数据段，名字为 RESET，只读；
并声明 __Vectors、__Vectors_End 和 __Vectors_Size这三个标号具有全局属性，可供外部的文件调用。
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。
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
...（省略）
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
; External Interrupts
DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog
...（省略）
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End
__Vectors_Size EQU __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 0x0000 0000地址开始放置，以 4 个字节为一个单位，地址 0x0000 0000存放的是栈顶地址，0X0000 0004 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。
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。
4.ResetHandler (复位中断处理程序)
AREA |.text|, CODE, READONLY
定义一个名称为.text 的代码段，只读；
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
复位中断程序是系统上电后第一个执行的程序：
首先调用 SystemInit 函数初始化系统时钟；
然后调用 __mian，初始化用户堆栈、拷贝RW Data 从ROM至RAM；
最终调用 main 函数去到 C的世界。
WEAK： 表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件重新实现，这里并不是唯一的；
IMPORT： 表示该标号来自外部文件，跟 C 语言中的 EXTERN 关键字类似。这里表示 SystemInit和__main 这两个函数均来自外部的文件；
LDR： 从存储器中加载字到一个寄存器中；
BL： 跳转到由寄存器/标号给出的地址，并把跳转前的下条指令地址保存到 LR；
BLX： 跳转到由寄存器给出的地址，并根据寄存器的 LSE 确定处理器的状态，还要把跳转前的下条指令地址保存到 LR ；
BX： 跳转到由寄存器/标号给出的地址，不用返回；
; 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
MemManage_Handler\
PROC
EXPORT MemManage_Handler [WEAK]
B .
ENDP
BusFault_Handler\
PROC
EXPORT BusFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
UsageFault_Handler\
PROC
EXPORT UsageFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SVC_Handler PROC
EXPORT SVC_Handler [WEAK]
B .
ENDP
DebugMon_Handler\
PROC
EXPORT DebugMon_Handler [WEAK]
B .
ENDP
PendSV_Handler PROC
EXPORT PendSV_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SysTick_Handler PROC
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
B .
ENDP
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
...（省略）
DMA2_Channel4_5_IRQHandler
B .
ENDP
ALIGN
启动文件已经帮我们写好所有中断的中断服务函数，跟我们平时写的中断服务函数不一样的就是这些函数都是空的，真正的中断复服务程序需要我们在外部的 C 文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置而已。
如果我们在使用某个外设的时候，开启了某个中断，但是又忘记编写配套的中断服务程序或者函数名写错，那当中断来临的时，程序就会跳转到启动文件预先写好的空的中断服务程序中，并且在这个空函数中无线循环，即程序就死在这里。
B： 跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’，即表示无线循环。
5.用户堆栈初始化
;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
IF :DEF:__MICROLIB
EXPORT __initial_sp
EXPORT __heap_base
EXPORT __heap_limit
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory
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
首先判断是否定义了__MICROLIB ，如果定义了这个宏则赋予标号__initial_sp（栈顶
地址）、__heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆结束地址）全局属性，可供外部文
件调用。
有关这个宏我们在 KEIL 里面配置，具体见图
然后堆栈的初始化就由 C 库 函数__main 来完成。
如果没有定义__MICROLIB，则插入标号__use_two_region_memory，这个函数需要用户自己实现，具体要实现成什么样，
可在 KEIL的帮助文档里面查询到。
然后声明标号__user_initial_stackheap 具有全局属性，可供外部文件调用，并实现这个标号的内容。
IF,ELSE,ENDIF： 汇编的条件分支语句，跟 C语言的 if ,else 类似 ；
END： 文件结束；
Reference
[1] 《零死角玩转 STM32F103》 - 第15章 启动文件详解
[2] 《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》- 第5章 指令集