一、概述
! a& G5 V* v" J1、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。

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

$ z5 [' w* \) x8 o3 R, g

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）。

$ v( K; S& Z* r/ ]; [二、程序在Flash上的存储结构
) _& Z  {% k, F* u/ z+ v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。

  v+ }7 Z* B8 B# z2 `

  MSP初始值　　　　　　　　编译器生成，主堆栈的初始值
  异常向量表　　　　　　　　不多说
( m, g8 n" M, r. s  外部中断向量表　　　　　　不多说
  代码段　　　　　　　　　　存放代码
9 m, W* b. P; r  初始化数据段　　　　　　　.
data
' [. R1 D, o! r( U2 q' ^! N1 T  未初始化数据段　　　　　　.bss

加载数据段和初始化栈的参数
8 J) ]  @& I$ w5 ?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。
; \4 {: E0 O$ j! p

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
   3 N& i1 t, R6 M
2. 0x20000000        加载到SRAM上的目的地址
   
3. 0x0000000c        数据段的总大小
   * m# n0 R; m* C
4. 0x080002f4         调用函数_scatterload_copy

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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。
* y1 Z0 T# V, m4 ^# P
1 x8 F: \( M6 B" W# i& E
, _6 y' }: [( J' ]3 Z
! G* t; E; U6 @- t# O" g三、数据在SRAM上的结构
$ N  B4 G# O- B) _- l程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构

: N4 e/ G. [7 C3 }

' F7 L7 m0 R& s& V* d4 H四、详细过程分析
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
/ t& b1 k6 Y0 ]  m! b& e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：
1 k% [/ ?( n) k" R

% O+ b& d5 @# H4 t
, U7 i  a4 {) i8 W& t7 O# ?, a调试现象如下：



  G4 Z  U+ y2 y% X$ a看看我们的向量表内容（通过J-Flash打开hex文件）
' e  E5 G% U$ A; u7 V# J/ t


7 }1 D! Y1 N# ^! o8 a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：
7 d! n( E% Q3 e6 ^
  SP =0x02000810
7 e3 l) Z, U* V1 \+ s, B  PC =0x08000145
9 V: w! R) z$ I6 \
2、设置系统时钟
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。
. o9 D7 e9 I" S, N, q. o! K
' ^9 \/ y- |1 ?# e! H! ~3、软件设置SP
" |; G0 j9 d1 [6 K& l3 s( Q

1. LDR   R0,=__main
   + r6 i- M* @( H7 K! b) j% u
2. BX　　 R0

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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。

可以看到指令LDR.W sp,[pc,#12]，结果SP=0x2000 0810。
* N" i/ g2 q0 P) [0 _) N
8 e$ t5 {% }! }4、加载.data、.bss，并初始化栈区
7 O( R6 {, B) t# }

1.    BL.W     __scatterload_rt2

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+ v3 N, Y) S, H6 ~2 e$ n/ A4 }进入 __scatterload_rt2代码段。

1. __scatterload_rt2:
   
2.   0x080001684C06                  LDR         r4,[pc,#24]  ; @0x08000184
   ! s( d# K9 c7 b  r* f6 _) ]
3. 0x0800016A4D07                 LDR         r5,[pc,#28]  ; @0x08000188
   ; P) J" h& y: o* e' N3 |2 \
4. 0x0800016CE006                  B             0x0800017C
   
5. 0x0800016E68E0                  LDR         r0,[r4,#0x0C]

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5 W- [- F5 K( @5 p; B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：
3 o1 Z* `4 \& B& Z

1. 0x0800016E68E0               LDR             r0,[r4,#0x0C]
   
2. 0x08000170   F0400301     ORR             r3,r0,#
   
3. 0x010x08000174
   
4. 0x080001784798                BLX              r3

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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：
' r4 @) C! y+ {4 L5 k% l
5 v, r; y5 a9 |7 F* Q; J1 N3 X, f9 {

1.   __scatterload_copy:
   2 H! \6 |# }! b- n6 d7 o( a
2. 0x080002F4  E002              B              0x080002FC
   
3. 0x080002F6  C808             LDM           r0!,{r3}
   
4. 0x080002F81F12                SUBS         r2,r2,#4
   & Q* d* P, C  Q3 Z$ G" |5 p% p" y
5. 0x080002FA  C108             STM            r1!,{r3}
   
6. 0x080002FC2A00               CMP            r2,#0x00
   ) F* x, @2 d& V' Z9 F
7. 0x080002FE   D1FA             BNE            0x080002F6
   
8. 0x080003004770                 BX              lr
   ! v, s8 |4 g- n9 \
9. __scatterload_null:
   
10. 0x080003024770                   BX             lr
    % s' h) }  {" E
11. __scatterload_zeroinit:
    
12. 0x080003042000                  MOVS          r0,#0x00
    
13. 0x08000306  E001                 B               0x0800030C
    
14. 0x08000308  C101              STM               r1!,{r0}
    
15.   0x0800030A1F12                SUBS             r2,r2,#4
    2 m: @' B$ [9 L6 Z7 {2 y
16. 0x0800030C2A00                CMP             r2,#0x00
    
17.   0x0800030E   D1FB             BNE              0x08000308
    
18. 0x080003104770                 BX                    lr

复制代码

% R* Y2 \" X/ l& h; `4 D五、异常向量与中断向量表

6 O( i6 f) ^) E
) e3 o! B4 x! ?, P% e( `

: k8 h$ m" @0 t5 ?# z# D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% I8 B+ @6 G0 \& V, f
% s+ C" a0 V( e* ^+ O$ g

1. startup_stm32f10x_hd.s内容：
   
2. N MI_Handler     PROC
   
3.                          EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
   
4.                          B       .
   
5.                          ENDP

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8 k* Y$ s2 @9 V9 W0 Y( f* [+ x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。
& ~3 {6 \! `( E! |# b
0 q  e/ D" ~+ e, Z! _六、使用微库与不使用微库的区别
3 P1 K4 ?+ k3 X8 b" S! k1 ?


$ j4 G# p7 ~3 c  @$ M; T9 s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。

1、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。

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。
  v$ i. W" R6 q: H% e6 _/ E8 _

1. IF      :DEF:__MICROLIB
   9 @" t- L5 j" E$ \% S; G
2. 
   
3.                  EXPORT  __initial_sp
   - X6 {' f- h; ]2 R9 j+ Q# l5 E
4. 
   
5.                  EXPORT  __heap_base
   * |% r; ]' P- S1 a. h& Y; i$ ]: H
6. 
   + ]  J, o: u# A/ o( E& K
7.                  EXPORT  __heap_limit
   
8. 
   . `, y! g- d/ g0 d: [" x
9.                  ELSE
   6 v$ Q( Y& Z7 R, ?0 s* I9 V1 S
10. 
    9 e, V+ F/ S& O. I; s
11.                  IMPORT  __use_two_region_memory
    
12. 
    
13.                  EXPORT  __user_initial_stackheap
    
14. 
    
15. __user_initial_stackheap
    
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
    ) B& _, z0 B! ?$ q( _
22. 
    5 M+ t$ }3 `: C; T
23.                  ALIGN
    
24. 
    
25.                  ENDIF

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* a. K* b$ S4 }' ~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：
' v/ ]7 s0 U2 h6 {- C6 k
2 v6 Q* ^6 ]; b


' ~5 G: J1 S1 T, d' e' E1 H
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。
5 @* G% L2 P( A$ o% h, U
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。
9 j* C; X, f; e+ \9 D1 @3 S2 z
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+ I" d6 I* a  d- t4 _, E& V

; r$ G/ g  x5 V* O& |/ J