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  • STM32的启动过程一

    启动代码

    启动代码由MCU研发商提供。

    MCU一上电,首先执行的是启动代码,她是一个汇编代码。

    以stm32f1为例:

    首先定义堆栈,然后定义中断向量表,然后执行复位中断服务函数Reset_Handler

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

    Reset_Handler首先调用SystemInit,配置和运行时钟系统,然后执行_ _main函数,在 _ _main 里面对堆栈、中断向量表、运行域和加载域等的初始化,然后才跳转到我们写的main函数,在main函数里面做一些外设初始化等,进入while(1)循环,进行业务逻辑处理。

    这是st任何一个程序运行过程。

    keil编译过程

    keil编译过程:

    1)汇编(通过armasm汇编器将.s-->.o文件)

    2)编译(通过armcc编译器将.c-->.o文件)

    3)链接(通过armlink链接器将目标文件.o-->.elf/.alf映像文件)

    4)格式转换器将.elf文件-->.hex文件

    映像文件其实就是可执行文件。

    一般来说,Windows或者Linux系统使用链接器生成可执行映像文件elf后,内核会根据该文件的信息加载后,就可以运行程序了,但在单片机平台上,需要把该文件的内容加载到芯片上,所以还需要对链接器生成的elf文件利用格式转换器formelf转换成“.bin”或“.hex”文件,交给下载器下载到芯片的flash或rom中。

    程序不同组件的所属区域

    在keil中,我们编译整个项目后,会出现

    Program Size: Code=1592 RO-data=336 RW-data=32 ZI-data=1832  
    

    这就是程序状态区域,有4个: Code、RO-data、RW-data和ZI-data。

    Code

    Code即代码域,它指的是编译器生成的机器指令,这些内容被存储到Flash/rom区。

    RO-data

    O-data:Read Only data,即只读数据域,它指程序中用到的只读数据,这些数据被存储在Flash/rom区,因而程序不能修改其内容。

    例如C语言中const关键字定义的变量就是典型的RO-data。

    RW-data

    RW-data:Read Write data,即可读写数据域,它指初始化为"非0值"的可读写数据,程序刚运行时,这些数据具有非0的初始值,且运行的时候它们会常驻在RAM区,应用程序可以修改其内容。

    当程序在运行状态的时候,程序常常需要修改一些暂存数据,由于运行速度的要求,这些数据往往存放在内存中(RAM),掉电后这些数据会丢失。

    例如C语言中使用定义的全局变量,且定义时赋予"非0值"给该变量进行初始化。

    程序运行过程中,凡是变量都存储在RAM中。

    ZI-data

    ZI-data:Zero Initialie data,即0初始化数据,它指初始化为"0值"的可读写数据域,它与RW-data的区别是程序刚运行时这些数据初始值全都为0,而后续运行过程与RW-data的性质一样,它们也常驻在RAM区,因而应用程序可以更改其内容。

    例如C语言中使用定义的全局变量,且定义时赋予"0值"给该变量进行初始化(若定义该变量时没有赋予初始值,编译器会把它当ZI-data来对待,初始化为0);

    ZI-data的栈空间(Stack)及堆空间(Heap)

    ZI-data的栈空间(Stack)及堆空间(Heap):在C语言中,函数内部定义的局部变量属于栈空间,进入函数的时候从向栈空间申请内存给局部变量,退出时释放局部变量,归还内存空间。而使用malloc动态分配的变量属于堆空间。在程序中的栈空间和堆空间都是属于ZI-data区域的,这些空间都会被初始值化为0值。编译器给出的ZI-data占用的空间值中包含了堆栈的大小(经实际测试,若程序中完全没有使用malloc动态申请堆空间,编译器会优化,不把堆空间计算在内)。


    部分内容摘抄自——Code-data,RO-data,RW-data,ZI-data 程序运行时加载过程 https://blog.csdn.net/wct3344142/article/details/105354340

    这4个程序状态区域中,Code、RO和RW是存储在Flash中的,因为RW,例如初始化非零的全局变量,确保每次上电是相同的,所以也存储在Flash中,而ZI和堆栈初始化是0的,就没必要存储在Flash中。

    是否需要掉电保存,是把RW-data与ZI-data区别开来的原因,因为在RAM创建数据的时候,默认值为0,但如果有的数据要求初值非0,那就需要使用ROM记录该初始值,运行时再复制到RAM。

    当程序存储到 STM32 芯片的内部 FLASH 时(即 ROM 区),它占用的空间是 Code、RO-data 及 RW-data 的总和,所以如果这些内容比 STM32 芯片的 FLASH 空间大,程序就无法被正常保存了。当程序在执行的时候,需要占用内部 SRAM 空间(即 RAM 区),占用的空间包括 RW-data 和 ZI-data。

    因为MCU没上电时RAM中没有数据,所以此时所有的东西(包括代码、变量、初始值等)都是存放在flash中的,当上电后又要把变量等复制到RAM中才能正常运行。这就涉及到程序的加载时域和运行时域。

    运行域和加载域

    程序的加载时域就是程序在Flash中的实际存储状态,运行时域是指程序执行时的状态。

    在执行映像之前,必须将已初始化的RW数据从ROM中复制到RAM中的执行地址。在RAM中创建RW的过程也会同时创建ZI Section(初始值为0的变量区),这样才算完成了MCU运行的准备。

    程序在存储状态时,RO节(RO section)及RW节都被保存在ROM区。当程序开始运行时,内核直接从ROM中读取代码,并且在执行主体代码前,会先执行一段加载代码,它把RW节数据从ROM复制到RAM,并且在RAM加入ZI节,ZI节的数据都被初始化为0。加载完后RAM区准备完毕,正式开始执行主体程序。

    STM32的RO区域不需要加载到SRAM,内核直接从FLASH读取指令运行。计算机系统的应用程序运行过程很类似,不过计算机系统的程序在存储状态时位于硬盘,执行的时候甚至会把上述的RO区域(代码、只读数据)加载到内存,加快运行速度,还有虚拟内存管理单元(MMU)辅助加载数据,使得可以运行比物理内存还大的应用程序。而STM32没有MMU,所以无法支持Linux和Windows系统。

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