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  • SMT32 启动文件详细解说

    在开发STM32的时候,无论你试试用库开发还是使用寄存器来开发
    首先最重要的你必须的理解STM32的启动流程,启动流程封装在启动文件里面。
    而这个启动文件就是Bootloader

    Cortex M3的内核有三种启动方式,其分别是:
    A.通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区,即起始地址为0x2000000,同时复位后PC指针位于0x2000000处;
    B.通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区,即起始地址为0x8000000,同时复位后PC指针位于0x8000000处;
    C.通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区,


    Cortex-M3内核规定,起始地址必须存放堆顶指针,而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址,这样在Cortex-M3内核复位后,会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量,跳转执行复位中断服务程序。Cortex-M3内核是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的.

    以下是 STM32 2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”其解析如下:
    ;文件“stm32f10x_vector.s”,其中注释为行号
    DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ;1
    Stack_Size EQU 0x00000400 ;2
    AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;3
    Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4
    __initial_sp ;5
    Heap_Size EQU 0x00000400 ;6
    AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7
    __heap_base ;8
    Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9
    __heap_limit ;10
    THUMB ;11
    PRESERVE8 ;12
    IMPORT NMIException ;13
    IMPORT HardFaultException ;14
    IMPORT MemManageException ;15
    IMPORT BusFaultException ;16
    IMPORT UsageFaultException ;17
    IMPORT SVCHandler ;18
    IMPORT DebugMonitor ;19
    IMPORT PendSVC ;20
    IMPORT SysTickHandler ;21
    IMPORT WWDG_IRQHandler ;22
    IMPORT PVD_IRQHandler ;23
    IMPORT TAMPER_IRQHandler ;24
    IMPORT RTC_IRQHandler ;25
    IMPORT FLASH_IRQHandler ;26
    IMPORT RCC_IRQHandler ;27
    IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28
    IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29
    IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30
    IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31
    IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32
    IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33
    IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ;34
    IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35
    IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36
    IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ;37
    IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38
    IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39
    IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;40
    IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;41
    IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;42
    IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;43
    IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ;44
    IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45
    IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ;46
    IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;47
    IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;48
    IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;49
    IMPORT TIM2_IRQHandler ;50
    IMPORT TIM3_IRQHandler ;51
    IMPORT TIM4_IRQHandler ;52
    IMPORT I2C1_EV_IRQHandler ;53
    IMPORT I2C1_ER_IRQHandler ;54
    IMPORT I2C2_EV_IRQHandler ;55
    IMPORT I2C2_ER_IRQHandler ;56
    IMPORT SPI1_IRQHandler ;57
    IMPORT SPI2_IRQHandler ;58
    IMPORT USART1_IRQHandler ;59
    IMPORT USART2_IRQHandler ;60
    IMPORT USART3_IRQHandler ;61
    IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62
    IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ;63
    IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64
    IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ;65
    IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66
    IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;67
    IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68
    IMPORT ADC3_IRQHandler ;69
    IMPORT FSMC_IRQHandler ;70
    IMPORT SDIO_IRQHandler ;71
    IMPORT TIM5_IRQHandler ;72
    IMPORT SPI3_IRQHandler ;73
    IMPORT UART4_IRQHandler ;74
    IMPORT UART5_IRQHandler ;75
    IMPORT TIM6_IRQHandler ;76
    IMPORT TIM7_IRQHandler ;77
    IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ;78
    IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79
    IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80
    IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81
    AREA RESET, DATA, READONLY ;82
    EXPORT __Vectors ;83
    __Vectors ;84
    DCD __initial_sp ;85
    DCD Reset_Handler ;86
    DCD NMIException ;87
    DCD HardFaultException ;88
    DCD MemManageException ;89
    DCD BusFaultException ;90
    DCD UsageFaultException ;91
    DCD 0 ;92
    DCD 0 ;93
    DCD 0 ;94
    DCD 0 ;95
    DCD SVCHandler ;96
    DCD DebugMonitor ;97
    DCD 0 ;98
    DCD PendSVC ;99
    DCD SysTickHandler ;100
    DCD WWDG_IRQHandler ;101
    DCD PVD_IRQHandler ;102
    DCD TAMPER_IRQHandler ;103
    DCD RTC_IRQHandler ;104
    DCD FLASH_IRQHandler ;105
    DCD RCC_IRQHandler ;106
    DCD EXTI0_IRQHandler ;107
    DCD EXTI1_IRQHandler ;108
    DCD EXTI2_IRQHandler ;109
    DCD EXTI3_IRQHandler ;110
    DCD EXTI4_IRQHandler ;111
    DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ;112
    DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113
    DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ;114
    DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115
    DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ;116
    DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117
    DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ;118
    DCD ADC1_2_IRQHandler ;119
    DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120
    DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121
    DCD CAN_RX1_IRQHandler ;122
    DCD CAN_SCE_IRQHandler ;123
    DCD EXTI9_5_IRQHandler ;124
    DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125
    DCD TIM1_UP_IRQHandler ;126
    DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127
    DCD TIM1_CC_IRQHandler ;128
    DCD TIM2_IRQHandler ;129
    DCD TIM3_IRQHandler ;130
    DCD TIM4_IRQHandler ;131
    DCD I2C1_EV_IRQHandler ;132
    DCD I2C1_ER_IRQHandler ;133
    DCD I2C2_EV_IRQHandler ;134
    DCD I2C2_ER_IRQHandler ;135
    DCD SPI1_IRQHandler ;136
    DCD SPI2_IRQHandler ;137
    DCD USART1_IRQHandler ;138
    DCD USART2_IRQHandler ;139
    DCD USART3_IRQHandler ;140
    DCD EXTI15_10_IRQHandler ;141
    DCD RTCAlarm_IRQHandler ;142
    DCD USBWakeUp_IRQHandler ;143
    DCD TIM8_BRK_IRQHandler ;144
    DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145
    DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146
    DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147
    DCD ADC3_IRQHandler ;148
    DCD FSMC_IRQHandler ;149
    DCD SDIO_IRQHandler ;150
    DCD TIM5_IRQHandler ;151
    DCD SPI3_IRQHandler ;152
    DCD UART4_IRQHandler ;153
    DCD UART5_IRQHandler ;154
    DCD TIM6_IRQHandler ;155
    DCD TIM7_IRQHandler ;156
    DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ;157
    DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158
    DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;159
    DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160
    AREA |.text|, CODE, READONLY ;161
    Reset_Handler PROC ;162
    EXPORT Reset_Handler ;163
    IF DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164
    LDR R0,= 0x00000114 ;165
    LDR R1,= 0x40021014 ;166
    STR R0,[R1] ;167
    LDR R0,= 0x000001E0 ;168
    LDR R1,= 0x40021018 ;169
    STR R0,[R1] ;170
    LDR R0,= 0x44BB44BB ;171
    LDR R1,= 0x40011400 ;172
    STR R0,[R1] ;173
    LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;174
    LDR R1,= 0x40011404 ;175
    STR R0,[R1] ;176
    LDR R0,= 0xB44444BB ;177
    LDR R1,= 0x40011800 ;178
    STR R0,[R1] ;179
    LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180
    LDR R1,= 0x40011804 ;181
    STR R0,[R1] ;182
    LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183
    LDR R1,= 0x40011C00 ;184
    STR R0,[R1] ;185
    LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186
    LDR R1,= 0x40011C04 ;187
    STR R0,[R1] ;188
    LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189
    LDR R1,= 0x40012000 ;190
    STR R0,[R1] ;191
    LDR R0,= 0x44444B44 ;192
    LDR R1,= 0x40012004 ;193
    STR R0,[R1] ;194
    LDR R0,= 0x00001011 ;195
    LDR R1,= 0xA0000010 ;196
    STR R0,[R1] ;197
    LDR R0,= 0x00000200 ;198
    LDR R1,= 0xA0000014 ;199
    STR R0,[R1] ;200
    ENDIF ;201
    IMPORT __main ;202
    LDR R0, =__main ;203
    BX R0 ;204
    ENDP ;205
    ALIGN ;206
    IF :DEF:__MICROLIB ;207
    EXPORT __initial_sp ;208
    EXPORT __heap_base ;209
    EXPORT __heap_limit ;210
    ELSE ;211
    IMPORT __use_two_region_memory ;212
    EXPORT __user_initial_stackheap ;213
    __user_initial_stackheap ;214
    LDR R0, = Heap_Mem ;215
    LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216
    LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217
    LDR R3, = Stack_Mem ;218
    BX LR ;219
    ALIGN ;220
    ENDIF ;221
    END ;222
    ENDIF ;223
    END ;224

    STM32启动代码一共224行,使用了汇编语言编写。

    以下是分析代码:
    第1行:定义是否使用外部SRAM,为1则使用,为0则表示不使用。此语行若用C语言表达则等价于:
    #define DATA_IN_ExtSRAM 0
    第2行:定义栈空间大小为0x00000400个字节,即1Kbyte。此语行亦等价于:
    #define Stack_Size 0x00000400
    第3行:伪指令AREA,表示
    第4行:开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。
    第5行:标号__initial_sp,表示栈空间顶地址。
    第6行:定义堆空间大小为0x00000400个字节,也为1Kbyte。
    第7行:伪指令AREA,表示
    第8行:标号__heap_base,表示堆空间起始地址。
    第9行:开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。
    第10行:标号__heap_limit,表示堆空间结束地址。
    第11行:告诉编译器使用THUMB指令集。
    第12行:告诉编译器以8字节对齐。
    第13—81行:IMPORT指令,指示后续符号是在外部文件定义的(类似C语言中的全局变量声明),而下文可能会使用到这些符号。
    第82行:定义只读数据段,实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000)
    第83行:将标号__Vectors声明为全局标号,这样外部文件就可以使用这个标号。
    第84行:标号__Vectors,表示中断向量表入口地址。
    第85—160行:建立中断向量表。
    第161行:
    第162行:复位中断服务程序,PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。
    第163行:声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性,这样外部文件就可以调用此复位中断服务。
    第164行:IF…ENDIF为预编译结构,判断是否使用外部SRAM,在第1行中已定义为“不使用”。
    第165—201行:此部分代码的作用是设置FSMC总线以支持SRAM,因不使用外部SRAM因此此部分代码不会被编译。
    第202行:声明__main标号。
    第203—204行:跳转__main地址执行。
    第207行:IF…ELSE…ENDIF结构,判断是否使用DEF:__MICROLIB(此处为不使用)。
    第208—210行:若使用DEF:__MICROLIB,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使用。
    第212行:定义全局标号__use_two_region_memory。
    第213行:声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。
    第214行:标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化程序入口。
    第215—218行:分别保存栈顶指针和栈大小,堆始地址和堆大小至R0,R1,R2,R3寄存器。
    第224行:程序完毕。
    以上是对启动代码的完整解析

    关于启动代码的相关解释:
    1、AREA指令:伪指令,用于定义代码段或数据段,后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“READONLY”或者“READWRITE”,其中“READONLY”表示该段为只读属性,联系到STM32的内部存储介质,可知具有只读属性的段保存于FLASH区,即0x8000000地址后。而“READONLY”表示该段为“可读写”属性,可知“可读写”段保存于SRAM区,即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道,堆栈段位于SRAM空间。从第82行可知,中断向量表放置与FLASH区,而这也是整片启动代码中最先被放进FLASH区的数据。因此可以得到一条重要的信息:0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp,0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler(STM32使用32位总线,因此存储空间为4字节对齐)。
    2、DCD指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于C语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用C语言定义了一个指针数组,其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数。
    3、标号:前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置,等价于C语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置,从C语言的角度来看,变量的地址,数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。
    4、第202行中的__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址,因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行C程序。__main标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(对于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的),并初始化映像文件,最后跳转C程序中的main函数。这就解释了为何所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由C/C++标准实时库所规定的——并且不能更改,因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数,开始执行C程序了。
    5.PROC 为子程序开始,ENDP 为子程序结束
    6.对于main函数的理解
    事实上,_main和main是两个完全不同的函数!_main代码是编译器自动创建的,因此无法找到_main代码。MDK文档中有一句说明:it isautomatically craated by the linker when it sees a definition ofmain() .大体意思可以理解为:当编译器发现定义了main函数,那么就会自动创建_main
    _main 和main的关系
    _main 主要做两件事:其一,C所需的资源;其二,调用main函数。这就不难理解为什么在启动代码调用的是_main,最后却能转到main函数中去执行的原因了。

    下面总结一下启动过程:
    首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬C/C++标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到C的世界!!

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