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。
+ y, q8 E0 S+ z  i$ [
2 z6 ?9 k- q5 B0 C- s/ oBootloader 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。

  O6 ]& i+ x# K# w' G$ h( C  k8 m% P
9 O& Q+ _& h. S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 [0 p/ _- N, v8 r0 I% q
程序猿们也是现代历史前进的重要推动力啊！

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。
+ y1 c  ?3 Y) z- r  k  S
' d2 P. h1 u! g) X5 w  j+ YStartup 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。

; A) e) u6 e' K$ \8 K1 r; M: i2.STM32F030内存映射(Memory Map)
0 Y; {: Y, H/ r2 ~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。
% ~  b3 B$ |% P0 ]3 `5 |6 d, \
2 Z! ^( B! D' u5 d/ q

7 q- K5 d. M4 J" B) H因为是32位机，所以可寻址从 0x0000_0000 到 0xFFFF_FFFF 的总共 4G 空间。
5 {/ }6 L$ R/ ~- s9 L
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 {" V) ]2 I7 c: {$ X2 j
" o$ {- A5 L' }  ]0x0000 0000 Virtual memory
  Q' _: i5 X$ L- D* v5 a: V
3 G) P* V5 N  N  R7 z, a" k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。
* U# F* w; h# v5 V. G! E
1 {0 V) G( K1 }! X1 a/ r2 S当芯片复位，或从 Standby 低功耗模式唤醒时：

. W( B; H; C6 a) `0 o7 V. K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；
9 {$ U) ?% a+ O8 K1 [
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；

# e. |  W( p2 c: e, i如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 0 ，将映射到 SRAM。

# `7 n( X; y, O8 q/ ~( R+ e注：nBOOT1 为Flash寄存器中的一位，用户何以设置。

0 g+ ~3 k! g# |5 D% w0x0800 0000 Flash memory
8 e9 m1 p# _4 U9 h存放用户代码

! a6 I/ R8 p! M. w" j) _0x1FFF EC00 System memory
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
+ T- R/ E  A+ O# |这些代码和数据是在工厂固化好的。
9 U! [% S0 [! a  a3 `
/ h) {9 s! K; w: I) X8 i# u0x2000 0000 SRAM
! u8 `/ h# R+ \' `/ @5 b存放用户变量，堆(Heap)和栈(Stack)。也可以把代码加载到 SRAM 运行。

0x4000 0000 Pheriperals
) d) u0 N9 V& b  g, a芯片集成的外设，如 USART, SPI, GPIO等的寄存器地址在这一区域。
; l4 D: _6 |# N  E! u6 ]( p# Y
0xE000 0000 Cortex-M0 internal pheriperals
M0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。
7 ~3 d0 b2 S$ D4 j' U* |. g& y+ ]0 Q
3. 启动代码(Startup Code)
9 f- b4 a% e7 i( U我们还是以下面这个最简单的GPIO翻转代码为例：
3 ?& F$ L6 f& @& BSTM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\
  d. S& U; d+ G2 x& W5 n+ q* p$ wExamples\GPIO\GPIO_IOToggle\MDK-ARM\Project.uvprojx
7 h/ p7 L; l# D. z! M( J  o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：
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。

4 Q/ o3 P; ]4 i1 {, i$ V3 m# E
注意STM32F030使用的是小端模式(Litlle Edian)。
  `+ S6 h% X. ^, o3 \
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。

  g+ p( M6 t$ d* T: K6 _( M0x0000 0000: (0x2000 0428) 初始堆栈指针
7 u% k# T  C: a* t
0x0000 0004: (0x0800 00C9) 复位向量，上电或复位后最先加载入PC
- P* H9 C% I: N* |2 E, ^
2 _7 f2 }, ^' h2 S0 P! ]: Z+ l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。
8 a: v, y- k* B: S  S" g& ^
+ M/ r8 W# p4 D' ^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：

/ o% l' n9 `2 l" r' o2 o% ]+ Q5 |

细心的同学这时可能发现了一个问题。
9 W  Q7 b7 h- W0 V( U) y6 Y8 t  s: g
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！

' d* R8 n  t3 R& U; S6 `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。
: ^4 D" O4 B4 m
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。

5 }% R8 E9 y0 Z$ U到这里我们就可以理解复位向量为什么是 0x0800_00C9 了。

接下来我们来看复位向量 0x0800_00C8 指向的第一条指令：
! v, H, s, u7 k* S0 @- [) h

: L( ?6 [% z: U# N: k3 M/ Q+ K8 I! J/ t
单片机将要执行的第一条指令 0x4804，这是什么意思呢？

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：

) G  j( z( k/ C: q- `8 ?3 h$ l% OLDR     R0, =SystemInit

  K- t8 |; N# i7 V( G9 B8 X. f' w在这里详细解释一下 0x4804 这条指令：

它对应的机器码是 0100100000000100
, w% h4 J" K6 \
Bit15 to Bit11 (01001)为LDR(literal)指令，既从PC偏移地址取数据送至寄存器Rt。
& G- q3 S2 Q" H( o7 h+ A; O
Bit10 to Bit8  (000)表明目的寄存器Rt为 R0
) U8 M6 S& u7 T5 A
5 R9 r: q. Z+ B  Z2 u8 b7 uBit7 to Bit0  (00000100)表明相对于 PC 的偏移量为 0b10000,既0x10。

, H+ g2 V8 H, D! G8 U/ C' A7 d注意PC的值是当前地址+4。

8 y' h4 z7 c! X  O: v6 r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。

) g; N. j0 H; |/ T. `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。

1 h$ Y2 S/ N- s
! y. N1 L5 Y9 a3 K
' M( ?4 D( i  A0 _. D' p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。
) G" N$ U/ G5 k( f5 O
, k& H" B* M  W% b6 C  l__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。
8 E9 G" C4 {, `* ]7 q& a+ L) v7 F
__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。
& b4 h, i9 e" }  L( e- {7 [$ i

5 i' g* ~  n' W- M4 P) M
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