一、概述
+ k! ]0 K6 `: z( [$ m$ t1、说明

每一款芯片的启动文件都值得去研究，因为它可是你的程序跑的最初一段路，不可以不知道。通过了解启动文件，我们可以体会到处理器的架构、指令集、中断向量安排等内容，是非常值得玩味的。

STM32作为一款高端 Cortex-M3系列单片机，有必要了解它的启动文件。打好基础，为以后优化程序，写出高质量的代码最准备。

本文以一个实际测试代码--START_TEST为例进行阐述。

' Q0 i# a1 g4 z% y3 |, K

2、整体过程概括

STM32整个启动过程是指从上电开始，一直到运行到 main函数之间的这段过程，步骤为（以使用微库为例）：

①上电后硬件设置SP、PC

②设置系统时钟

③软件设置SP

④加载.data、.bss，并初始化栈区

⑤跳转到C文件的main函数

3、整个启动过程涉及的代码推荐阅读启动过程涉及的文件不仅包含 startup_stm32f10x_hd.s，还涉及到了MDK自带的连接库文件 entry.o、entry2.o、entry5.o、entry7.o等（从生成的 map文件可以看出来）。
. l& v& d3 i/ @
& i7 D/ A' P0 i二、程序在Flash上的存储结构
9 r* N/ r7 ]7 E6 H# s- H在真正讲解启动过程之前，先要讲解程序下载到 Flash上的结构和程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构。程序在用户Flash上的结构如下图所示。下图是通过阅读hex文件和在MDK下调试综合提炼出来的。
6 @: B6 @9 Q/ Q% q) D: V
( S$ D- E( s9 [2 M) [* k
4 J  b# R4 f9 ~& j/ U! _2 G* }* E
  MSP初始值　　　　　　　　编译器生成，主堆栈的初始值
  异常向量表　　　　　　　　不多说
9 K  b- d! H7 v0 q  外部中断向量表　　　　　　不多说
6 W6 [' M& @5 m/ D8 k0 I& O: }8 v  代码段　　　　　　　　　　存放代码
# x' R8 q, f& D- G  初始化数据段　　　　　　　.
data
  未初始化数据段　　　　　　.bss

加载数据段和初始化栈的参数
加载数据段和初始化栈的参数分别有4个，这里只讲解加载数据段的参数，至于初始化栈的参数类似。
# e+ m+ k5 h# Q/ ~- s" b% d

1. 0x0800033c        Flash上的数据段（初始化数据段和未初始化数据段）起始地址
   2 B+ h& b% j% y' j8 p, l! {0 X# H6 L
2. 0x20000000        加载到SRAM上的目的地址
   0 d& K6 a) \5 W3 c4 ^. l+ g0 {. G
3. 0x0000000c        数据段的总大小
   
4. 0x080002f4         调用函数_scatterload_copy

复制代码

需要说明的是初始化栈的函数-- 0x08000304与加载数据段的函数不一样，为 _scatterload_zeroinit，它的目的就是将栈空间清零。
, @( p- ^/ `) z% A! @
) E1 ]  z2 a3 J. k: Z$ e

三、数据在SRAM上的结构
程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构
' r4 B- l" Q8 p+ X8 Q$ e3 H
4 @% h' Q4 I  q* n& T
& E  q5 t: N, t' W
四、详细过程分析
/ c) O% t, D5 J: @$ Q( z4 x有了以上的基础，现在详细分析启动过程。

1、上电后硬件设置SP、PC
. X& ^9 o: d) }+ g0 c# [7 p刚上电复位后，硬件会自动根据向量表偏移地址找到向量表，向量表偏移地址的定义如下：
/ B- E2 a* t7 g: `
, D1 R5 C& |2 \& Z# f

调试现象如下：
% A/ R4 C& H$ g( f) t& e* n
/ g# J  ~! Z/ S# d! D
$ v5 k" E7 c- @" e$ b
看看我们的向量表内容（通过J-Flash打开hex文件）
8 }9 h1 Q1 V2 f6 c  P


0 p' j% I8 w+ R0 d硬件这时自动从0x0800 0000位置处读取数据赋给栈指针SP，然后自动从0x0800 0004位置处读取数据赋给PC，完成复位，结果为：
- ^. Z, @, p9 S( `) J8 T
  SP =0x02000810
  PC =0x08000145

% v" k9 g* j0 L& R" I% B# C2、设置系统时钟
: A+ Y" B; {8 u) p& n* x上一步中令 PC=0x08000145的地址没有对齐，硬件自动对齐到 0x08000144，执行 SystemInit函数初始化系统时钟。
" T6 Z# x( `3 T4 R
3、软件设置SP
4 b3 F* U. m( f+ ]' X9 h2 P$ k

1. LDR   R0,=__main
   
2. BX　　 R0

复制代码

执行上两条之类，跳转到 __main程序段运行，注意不是main函数， ___main的地址是0x0800 0130。

& f+ F" T- L3 E9 a可以看到指令LDR.W sp,[pc,#12]，结果SP=0x2000 0810。
! i  }3 }, n8 Z) |1 `+ c6 |! [) _
4、加载.data、.bss，并初始化栈区

1.    BL.W     __scatterload_rt2

复制代码

" b. \$ f1 w0 z# W+ t9 u进入 __scatterload_rt2代码段。
, D* T& `& `* o% X* z9 P

1. __scatterload_rt2:
   
2.   0x080001684C06                  LDR         r4,[pc,#24]  ; @0x08000184
   
3. 0x0800016A4D07                 LDR         r5,[pc,#28]  ; @0x08000188
   / r$ C" m9 ~6 C* H0 K9 x) V( S& ?) a
4. 0x0800016CE006                  B             0x0800017C
   $ l: y' Q. k& f8 p( ?& z& u
5. 0x0800016E68E0                  LDR         r0,[r4,#0x0C]

复制代码

0 j; S6 B: N% \这段代码是个循环 （BCC0x0800016e），实际运行时候循环了两次。第一次运行的时候，读取“加载数据段的函数 （_scatterload_copy）”的地址并跳转到该函数处运行（注意加载已初始化数据段和未初始化数据段用的是同一个函数）；第二次运行的时候，读取“初始化栈的函数 （_scatterload_zeroinit）”的地址并跳转到该函数处运行。相应的代码如下：
4 u: C' I& }7 X

1. 0x0800016E68E0               LDR             r0,[r4,#0x0C]
   
2. 0x08000170   F0400301     ORR             r3,r0,#
   
3. 0x010x08000174
   1 w0 j1 R* L1 Q  Z4 P9 ]* `
4. 0x080001784798                BLX              r3

复制代码

' ~6 `$ {: N* }" F1 z当然执行这两个函数的时候，还需要传入参数。至于参数，我们在“加载数据段和初始化栈的参数”环节已经阐述过了。当这两个函数都执行完后，结果就是“数据在SRAM上的结构”所展示的图。最后，也把事实加载和初始化的两个函数代码奉上如下：
. g1 ^7 ?3 @+ z% c7 ^8 w6 d- G) L

! p5 g! B: Q4 Q: `9 N; A; a0 \' _( D. F

1.   __scatterload_copy:
   
2. 0x080002F4  E002              B              0x080002FC
   
3. 0x080002F6  C808             LDM           r0!,{r3}
   , K: @% e! w* Q: g0 b/ l
4. 0x080002F81F12                SUBS         r2,r2,#4
   
5. 0x080002FA  C108             STM            r1!,{r3}
   
6. 0x080002FC2A00               CMP            r2,#0x00
   0 ]9 |4 m2 a% q: K
7. 0x080002FE   D1FA             BNE            0x080002F6
   ( R+ \9 P9 l: Y+ r( K' O
8. 0x080003004770                 BX              lr
   
9. __scatterload_null:
   
10. 0x080003024770                   BX             lr
    * @$ M. g6 W$ w
11. __scatterload_zeroinit:
    
12. 0x080003042000                  MOVS          r0,#0x00
    % B: H5 }5 x+ ]0 D4 a  R! h
13. 0x08000306  E001                 B               0x0800030C
    " b( t+ f+ t9 C* w' d. n7 s9 b
14. 0x08000308  C101              STM               r1!,{r0}
    
15.   0x0800030A1F12                SUBS             r2,r2,#4
    5 [* P* J, g! q8 Q% ]% Q
16. 0x0800030C2A00                CMP             r2,#0x00
    
17.   0x0800030E   D1FB             BNE              0x08000308
    
18. 0x080003104770                 BX                    lr

复制代码

' y1 [- y( W/ A) l* O2 l五、异常向量与中断向量表
, ]* d, @7 ~3 M8 _$ R: d* s% P
# x. V" v6 ?# {: f" E+ C" i8 W
' H* _4 @- A7 p" c" @

这段代码就是定义异常向量表，在之前有一个“J-Flash打开hex文件”的图片跟这个表格是一一对应的。编译器根据我们定义的函数 Reset_Handler、NMI_Handler等，在连接程序阶段将这个向量表填入这些函数的地址。
- L& N+ S( z. `/ e+ a9 J

1. startup_stm32f10x_hd.s内容：
   
2. N MI_Handler     PROC
   
3.                          EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
   
4.                          B       .
   1 J4 {) N" q0 X3 ^
5.                          ENDP

复制代码

. _# o8 I" A$ j, s+ W在启动汇编文件中已经定义了函数 NMI_Handler，但是使用了“弱”，它允许我们再重新定义一个 NMI_Handler函数，程序在编译的时候会将汇编文件中的弱函数“覆盖掉”--两个函数的代码在连接后都存在，只是在中断向量表中的地址填入的是我们重新定义函数的地址。

六、使用微库与不使用微库的区别
. u" h( ^8 m' O$ a; O2 O2 N
' X8 G& @2 P8 I$ o8 a5 d( L; s

0 r& W! W( C/ S7 z1 [2 U6 Y使用微库就意味着我们不想使用MDK提供的库函数，而想用自己定义的库函数，比如说printf函数。那么这一点是怎样实现的呢？我们以printf函数为例进行说明。

% g( e, a  v3 T- k$ {; L1、不使用微库而使用系统库
在连接程序时，肯定会把系统中包含printf函数的库拿来调用参与连接，即代码段有系统库的参与。
- V. o. V! Y; B& B" X4 T$ w
, H3 w; E% K6 B# g6 y, c在启动过程中，不使用微库而使用系统库在初始化栈的时候，还需要初始化堆（猜测系统库需要用到堆），而使用微库则是不需要的。

1. IF      :DEF:__MICROLIB
   ! i$ k3 v: {- ^
2. 
   
3.                  EXPORT  __initial_sp
   
4. 
   
5.                  EXPORT  __heap_base
   + L8 D) o8 i- }1 L2 z
6. 
   % O7 C* Z& E" o! b; J- ?& `) V& X; t0 O
7.                  EXPORT  __heap_limit
   # O( {  X: H( V$ M; G0 @
8. 
   
9.                  ELSE
   
10. 
    ' G; A/ A1 J. K7 R. F
11.                  IMPORT  __use_two_region_memory
    
12. 
    : n/ B9 E+ e6 C$ i
13.                  EXPORT  __user_initial_stackheap
    ! O2 p& h& n$ E5 L
14. 
    3 r( v, A& i# K9 ]. ?
15. __user_initial_stackheap
    . ]% ^! M* v& s* k6 t  O: T3 ~) r
16. 
    
17. LDR     R0, =Heap_Mem
    
18. LDR     R1, =(Stack_Mem+Stack_Size)
    
19. LDR     R2, = (Heap_Mem+Heap_Size)
    
20.                  LDR     R3, =Stack_Mem
    
21. BX      LR
    
22. 
    ! v& U( B+ Z8 d! S
23.                  ALIGN
    
24. 
    + Z' f- u# h2 p# _" L0 g0 b
25.                  ENDIF

复制代码

另外，在执行 __main函数的过程中，不仅需要完成“使用微库”情况下的所有工作，额外的工作还需要进行库的初始化，才能使用系统库（这一部分我还没有深入探讨）。附上 __main函数的内容：
! j2 [0 e' ]6 o4 H- h


  v! t& r+ X' q, G4 Q; a

2、使用微库而不使用系统库
在程序连接时，不会把包含printf函数的库连接到终极目标文件中，而使用我们定义的库。

启动时需要完成的工作就是之前论述的步骤1、2、3、4、5，相比使用系统库，启动过程步骤更少。

5 C) A( M: b% g转载自：嵌入式电子
# q% J( W, U. b& q' |如有侵权请联系删除

9 ~" G% t2 y" a, h" e1 R+ J
  u/ b, x% N, q8 u* R+ W: n
7 N1 M, m& ]* s7 G# S0 n