1.MCU 代码如何启动
首先我们需要澄清一个问题，什么是 Startup Code，什么是 Bootloader？因为总看到有同学混用这两个概念。

Bootloader 可以译为引导程序。早期的单片机是没有 Bootloader 这种概念的。如大家熟悉的 MCS51，最初芯片内是不能存储代码的，需要外挂EPROM，就是下面这种带个小玻璃窗的存储器。擦除 EPROM 中的代码需要用紫外线照射几分钟才行。
- p; @7 ?! J* R2 Y/ {& V

后来出现了 Flash 这种可电擦写的存储器，并集成在了单片机内部。但出厂的时候单片机的程序存储区仍然是空白的，没有任何代码。用户编译程序后，下载到单片机后才能运行。那么在产品发给用户后，如果发现有Bug怎么办呢？就得用编程器把新代码重新下载一次。这实在是有点儿麻烦，特别是如果客户距离很远的话。于是有聪明的程序猿想了一个办法，写一小段特殊的代码放在程序里，这段代码可以通过一定方式，比如用按键触发进入运行，它可以通过串口(早期的 PC 串口是标配)接收新的代码并写入Flash，从而在没有硬件编程器的情况下也能完成代码的更新。

5 x6 T/ O" l/ U 程序猿们也是现代历史前进的重要推动力啊！
. \" M7 Q, H. B
后来，有芯片厂商把这种代码在出厂时就固化在芯片里，极大的方便了代码下载和程序更新。STM32F030内部就固化了Bootloader。当我们把一个引脚 BOOT0 拉高的同时，重新给芯片上电或复位，就会触发Boootloader进入运行。此时我们通过单片机的串口就可以把新程序发送给单片机，发送完后把 BOOT0 拉低，再复位单片机，新程序就会运行起来。
5 v5 _9 w. v3 T4 f$ \1 D
3 V* r" M# H; `# ~& X- u$ ]Startup Code 可以译为启动代码。单片机上电或复位后最先执行的一段代码。一般主要会完成堆栈指针的设置，复位向量的获取和加载，然后初始化变量，最后跳转到用户代码。在详细看启动代码之前，我们先看一下 STM32F030 的内存映射。

2.STM32F030内存映射(Memory Map)
3 x; ?5 ~# I% C0 W' d下面是 STM32F030 的内存映射，其它芯片会因为 Flash，SRAM 空间大小不同而略有不同。
. ~  V! w& N# {4 T' F

& p& E) I) u( D. `" R& F
: @) @) m5 h( W) E! r* j因为是32位机，所以可寻址从 0x0000_0000 到 0xFFFF_FFFF 的总共 4G 空间。
) d" t* ^8 e% J' c5 @9 x
! ^. q2 W% J: G这是采用32位机的好处，地址空间足够用。不像8位或16位机，很容易出现地址空间不够用，动不动就需要用 Page 来间接寻址。

我们从低地址到高地址逐段看一下：
2 x! u, T$ R3 U  i! M2 e
0x0000 0000 Virtual memory

这段地址空间,会因为不同的 BOOT 模式而映射到不同的物理内存。
7 R1 g) Q8 a7 Q" r4 O8 e
当芯片复位，或从 Standby 低功耗模式唤醒时：

如果引脚 BOOT0 是被拉低的，将映射到 Flash memory。这是最常用的代码运行模式；
' ~+ q+ p& M# V) b
如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 1 ，将映射到 System memory。进入bootloader模式；

5 |" Y  G. k2 L  O9 W& P; G& R$ w3 f. L如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 0 ，将映射到 SRAM。
7 }  v: [& E) |7 s
* o9 K) v3 q  f: X8 R2 i6 T注：nBOOT1 为Flash寄存器中的一位，用户何以设置。
2 O) z" q5 y9 c0 T
0x0800 0000 Flash memory
+ K- h1 Y$ I% z# O! U/ c$ @; p存放用户代码
7 h% K8 [8 f. Z% O" b' G/ T0 N
" u+ \5 N3 f) [- k7 @$ _' T0x1FFF EC00 System memory
8 _; ]) f, V) F, h: t/ ?1 r4 @存放 bootloader, 片内集成温度传感器的校正数据，和片内集成电压参考的校正数据
0 }- h0 O1 o, L$ ?) T4 ?  Q这些代码和数据是在工厂固化好的。

0x2000 0000 SRAM
" L6 j+ r0 y3 r4 m7 e' O, A5 H存放用户变量，堆(Heap)和栈(Stack)。也可以把代码加载到 SRAM 运行。

' q8 J" B) g# W! R+ C0x4000 0000 Pheriperals
6 o( Y* H4 D, `5 }芯片集成的外设，如 USART, SPI, GPIO等的寄存器地址在这一区域。
; p5 q9 t/ K/ w4 }5 N
, B0 W4 l) i, h. Z3 D2 M; y0xE000 0000 Cortex-M0 internal pheriperals
' F" u5 X  v8 d2 S1 DM0内核的外设映射到此区域。如 systick (System Tick)，NVIC，Debug Registers。这些寄存器在芯片手册里是查不到的，需要到 ARM 的手册里查找。

3. 启动代码(Startup Code)
我们还是以下面这个最简单的GPIO翻转代码为例：
STM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\
Examples\GPIO\GPIO_IOToggle\MDK-ARM\Project.uvprojx
" q' H2 b  k% K- X" e9 P) V. j把此工程下载到单片机后，用调试器观察下面两个地址的内容：
8 {; j7 c/ u. z% `我们会发现0x0000_0000开始的区域, 和0x0800_0000开始的区域，内容完全相同。这说明Flash 区的内容映射到了 0x0000_0000起始的这一段地址区域。

( W' S) X2 D- \6 M

3 f4 r- {2 l. P
注意STM32F030使用的是小端模式(Litlle Edian)。
4 V( Y+ x( Y; C1 H( F2 w
5 [$ K! D! Z+ M3 [不同于 MCS51 在 0x0000 放的是复位向量，STM32F030 还有其它 ARM 芯片在零地址存放的是初始堆栈指针地址。

0x0000 0000: (0x2000 0428) 初始堆栈指针
! b* X. H5 Q( v  N
6 J; w. v+ e4 j$ s# v" c: }0x0000 0004: (0x0800 00C9) 复位向量，上电或复位后最先加载入PC
2 K' n( G$ e' P3 d
3 i5 x4 S, {! m# e* T% W注：单片机上电或复位后，堆栈指针初始化和 PC 初始值的加载总是从地址 0x0000_0000,0x0000_0004获取。在上面这种用户模式下，实际是从 Flash 区的 0x0800_0000,0x0800_0004 获取的。

# Z$ E, m# M6 n, M我们可以通过调试器观察一下芯片复位后 M0 内核的寄存器：

2 e5 h* {0 [8 m0 K3 H# g) B8 h# L- x

细心的同学这时可能发现了一个问题。

堆栈指针 SP 的内容和前面存储器中的内容是对的上的。但是 PC 里的内容好像对不上啊？PC 里的值是 0x0800_00C8,存储器里明明是 0x0800_00C9 啊！
8 Z% m5 _& {1 Q- |' V
这里牵涉到了 ARM 体系里的两种工作状态 ARM 和 Thumb。ARM 状态下执行32位指令，Thumb状态下执行16位指令。那么如何在这两者之间切换呢，一个方法就是靠跳转地址的最低位(Bit0), 当 Bit0 设为 1 时进入 Thumb 状态，当 Bit0 设为 0 时进入 ARM 状态。

' b/ N2 }: @# Q  X5 ~/ [) }6 I对于单片机来说，16位的 Thumb 指令就足够了，而且16位指令比32位指令能节省存储器空间。所以 M0 内核只支持 Thumb 指令。

" H: X8 G7 J+ A- H1 L; i到这里我们就可以理解复位向量为什么是 0x0800_00C9 了。
5 x" [3 N. z# z. [7 i$ |' @
/ _( m  ]: ?) K5 x* H4 t接下来我们来看复位向量 0x0800_00C8 指向的第一条指令：

: O$ D# D6 A( S& {- X, }: c& G& o

, E0 [# Y4 M2 L+ v6 L
6 f. C& r6 U# o* P8 m% }单片机将要执行的第一条指令 0x4804，这是什么意思呢？
% D, H, Z" y# w- T5 F. u, F+ ?
先说结论：它就是下图中，单片机复位后光标指向的这条指令：

LDR     R0, =SystemInit

( D/ E+ a4 V6 {8 N4 ]2 `

% `$ w, c$ j4 d: o) s: H$ r2 [1 x


/ l8 ?* ]  K2 K, K在这里详细解释一下 0x4804 这条指令：
+ W* p& W0 E2 W" M5 @
它对应的机器码是 0100100000000100

9 @( v; _) _# h9 u  KBit15 to Bit11 (01001)为LDR(literal)指令，既从PC偏移地址取数据送至寄存器Rt。
, U/ B; S( ^% Z
' G' |# Q( S4 S' T. N* y3 WBit10 to Bit8  (000)表明目的寄存器Rt为 R0
5 j( V2 M, k/ v2 d. ?( Q
Bit7 to Bit0  (00000100)表明相对于 PC 的偏移量为 0b10000,既0x10。
9 ~3 Q, \" m" z
, F6 ^; @+ t/ J, C2 o注意PC的值是当前地址+4。
; M/ x5 v1 `, B0 {8 \
9 _$ v$ L7 \" m  a那么从 0x080000C8 + 0x4 + 0x10 = 0x080000DC 取出数据 0x0800092D 送至寄存器 R0。此地址是 SystemInit( )函数的地址。下一条语句 BLX R0 就是调用此系统初始化函数。

SystemInit( ) 这个函数在 system_stm32f0xx.c 这个文件里，主要完成系统时钟的初始化。可以点进去看一下具体的内容。

  c. Y4 D1 ?" B

1 X8 i- J+ z% {4 U! L& Z2 u4 B

/ q5 y. V8 T8 b3 w9 ^% q0 P* [6 ^
! a3 L- o1 L! Y! U# \0 l函数 SystemInit( ) 执行完之后，程序跳转回来，取得 __main( ) 函数的地址，跳转到 __main() 函数执行。需要注意，这个函数不是我们用户代码里的 main( ) 函数。

__main() 函数是 Keil 的库提供的，我们看不到代码，它主要完成变量的初始化。这里不用太纠结，如果想进一步深究可以看一下 ARM Compiler User Guide 的 Reset and initialization 这一节。

__main() 函数执行完，基本工作就做完了，这才跳转到用户代码的 main( ) 函数。
) u  I+ \+ s: T( F) J! W% o- \
( y2 t9 x" g$ T' Y