【经验分享】详解STM32启动文件

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STMCU小助手发布时间：2021-11-7 14:58

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文章简介:	本文对STM32启动文件startup_stm32f10x_hd.s的代码进行讲解，此文件的代码在任何一个STM32F10x工程中都可以找到。

本文对STM32启动文件startup_stm32f10x_hd.s的代码进行讲解，此文件的代码在任何一个STM32F10x工程中都可以找到。

启动文件使用的ARM汇编指令汇总

Stack——栈

Stack_Size EQU 0x00000400
" q+ E. f" @2 z+ k& I2 `0 L: B$ `
: @4 P1 |& k3 ^4 K" F
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
( T) ^7 U6 t8 ?6 |
Stack_Mem SPACE Stack_Size
/ [$ O L/ N, f$ N& g
__initial_sp

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开辟栈的大小为 0X00000400（1KB），名字为 STACK， NOINIT 即不初始化，可读可写， 8（2^3）字节对齐。

栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM 的大小。如果编写的程序比较大，定义的局部变量很多，那么就需要修改栈的大小。如果某一天，你写的程序出现了莫名奇怪的错误，并进入了硬 fault 的时候，这时你就要考虑下是不是栈不够大，溢出了。

EQU：宏定义的伪指令，相当于等于，类似于C 中的 define。

AREA：告诉汇编器汇编一个新的代码段或者数据段。STACK 表示段名，这个可以任意命名；NOINIT 表示不初始化；READWRITE 表示可读可写， ALIGN=3，表示按照 2^3对齐，即 8 字节对齐。

SPACE：用于分配一定大小的内存空间，单位为字节。这里指定大小等于 Stack_Size。

标号__initial_sp 紧挨着 SPACE 语句放置，表示栈的结束地址，即栈顶地址，栈是由高向低生长的。

Heap——堆

开辟堆的大小为 0X00000200（512 字节），名字为 HEAP， NOINIT 即不初始化，可读可写， 8（2^3）字节对齐。__heap_base 表示对的起始地址， __heap_limit 表示堆的结束地址。堆是由低向高生长的，跟栈的生长方向相反。

堆主要用来动态内存的分配，像 malloc()函数申请的内存就在堆上面。这个在 STM32里面用的比较少。

PRESERVE8 <div>THUMB</div>

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PRESERVE8：指定当前文件的堆栈按照 8 字节对齐。

THUMB：表示后面指令兼容 THUMB 指令。THUBM 是 ARM 以前的指令集， 16bit，现在 Cortex-M 系列的都使用 THUMB-2 指令集， THUMB-2 是 32 位的，兼容 16 位和 32 位的指令，是 THUMB 的超集。关于堆栈的文章：关于C语言堆栈的经典讲解。

向量表

AREA RESET, DATA, READONLY. ]% U Q8 u o2 Z6 H
EXPORT __Vectors( h) q! w' B9 G) Y) ^
EXPORT __Vectors_End
h, q5 a" j4 e& v
EXPORT __Vectors_Size

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定义一个数据段，名字为 RESET，可读。并声明 __Vectors、 __Vectors_End 和__Vectors_Size 这三个标号具有全局属性，可供外部的文件调用。

EXPORT：声明一个标号可被外部的文件使用，使标号具有全局属性。如果是 IAR 编译器，则使用的是 GLOBAL 这个指令。

当内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程(ESR)就会执行。为了决定 ESR的入口地址，内核使用了―向量表查表机制‖。这里使用一张向量表。向量表其实是一个WORD（32 位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该 ESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过 NVIC 中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为 0。因此，在地址 0 （即 FLASH 地址 0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。要注意的是这里有个另类：0 号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后 MSP 的初值。下图是F103的向量表。

__Vectors DCD __initial_sp ;栈顶地址4 Y2 t. j5 q2 O& K+ I8 T
DCD Reset_Handler ;复位程序地址, G9 v1 x; d* C/ B
DCD NMI_Handler" l' W! J5 G. ]; X; O5 |# a' [5 w
DCD HardFault_Handler
8 t% K$ P2 E1 A
DCD MemManage_Handler
% F6 y1 F: t+ K7 k( h3 v
DCD BusFault_Handler
$ M& P- K- J s1 b
DCD UsageFault_Handler
2 ` T! n S- u) s
DCD 0 ; 0 表示保留
7 M- y- q( d, |7 k; z2 r
DCD 0
/ v" v8 I [' q( f4 n+ Z" I2 ^
DCD 0$ e& c; H6 N8 Y
DCD 0
% ?6 _7 ^. T0 U8 J, j- C
DCD SVC_Handler
L7 o$ r/ t: l: Z
DCD DebugMon_Handler
0 N% ~! p9 s" a+ R
DCD 0
1 U2 D3 V* ^; \* X2 v* o6 @' C2 D
DCD PendSV_Handler9 w0 }- G0 }. H' k" V9 J
DCD SysTick_Handler
* e, U. f5 b2 ~. t5 E$ H
;外部中断开始3 G( D+ P' F- m8 w
DCD WWDG_IRQHandler+ \7 y+ I0 b6 S' i* ~! B! Y
DCD PVD_IRQHandler- d2 V: \9 ]6 W) O
DCD TAMPER_IRQHandler2 t: R6 g4 [: ?
;限于篇幅，中间代码省略
7 _! F; J5 c+ f# M" J# ]
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler
# y4 m D, [$ r! Q7 E9 x
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler
" A+ t5 } [/ G7 X6 w% Y
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler
/ G. z B3 ~: r' C
__Vectors_End
' D) d" z% X- }' \2 u2 a& m+ u
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

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__Vectors 为向量表起始地址， __Vectors_End 为向量表结束地址，两个相减即可算出向量表大小。

向量表从 FLASH 的 0 地址开始放置，以 4 个字节为一个单位，地址 0 存放的是栈顶地址， 0X04 存放的是复位程序的地址，以此类推。从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，可我们知道 C 语言中的函数名就是一个地址。

DCD：分配一个或者多个以字为单位的内存，以四字节对齐，并要求初始化这些内存。在向量表中， DCD 分配了一堆内存，并且以 ESR 的入口地址初始化它们。

复位程序

AREA |.text|, CODE, READONLY

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定义一个名称为.text 的代码段，可读。

复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用 SystemInit 函数初始化系统时钟，然后调用 C 库函数_mian，最终调用 main 函数去到 C 的世界。

WEAK：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件重新实现，这里并不是唯一的。

IMPORT：表示该标号来自外部文件，跟 C 语言中的 EXTERN 关键字类似。这里表示 SystemInit 和__main 这两个函数均来自外部的文件。

SystemInit()是一个标准的库函数，在 system_stm32f10x.c 这个库文件中定义。主要作用是配置系统时钟，这里调用这个函数之后，单片机的系统时钟配被配置为 72M。__main 是一个标准的 C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈，并在函数的最后调用main 函数去到 C 的世界。这就是为什么我们写的程序都有一个 main 函数的原因。

LDR、 BLX、 BX 是 CM4 内核的指令，可在《CM3 权威指南 CnR2》第四章-指令集里面查询到，具体作用见下表：

中断服务程序

在启动文件里面已经帮我们写好所有中断的中断服务函数，跟我们平时写的中断服务函数不一样的就是这些函数都是空的，真正的中断服务程序需要我们在外部的 C 文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置而已。

如果我们在使用某个外设的时候，开启了某个中断，但是又忘记编写配套的中断服务程序或者函数名写错，那当中断来临的时，程序就会跳转到启动文件预先写好的空的中断服务程序中，并且在这个空函数中无线循环，即程序就死在这里。

NMI_Handler PROC ;系统异常
" Z1 j! W- o3 i4 \- B
EXPORT NMI_Handler [WEAK]& W. c+ d9 S+ X$ e9 {' Y
B .
- t2 F2 C6 E( d+ B; S L% W
ENDP
' {; g, C) R6 A( H: m$ C/ F
;限于篇幅，中间代码省略
/ v. ~: s+ X) {8 r9 k' y \
SysTick_Handler PROC% h* }6 J) ~- A, y
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
) e7 E( ^# ^0 l/ C! a' x
B .
* r! w+ O# ]9 W5 W- ?+ l
ENDP' h1 @. A0 J" Q: Y) ~) r- C
Default_Handler PROC ;外部中断" l* R6 V( F! @5 s# z4 r& a) r
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
% U. C- \/ o* n
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]" W9 v/ ~" l# D4 A7 W
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
* P/ y2 r4 @0 \( J u& @* c0 A" Q
;限于篇幅，中间代码省略2 w( I' N# V4 r0 A! P
LTDC_IRQHandler
5 S; E6 L; n; {1 P
LTDC_ER_IRQHandler" r3 C+ e+ Y/ ?( K6 a* Y* D2 |
DMA2D_IRQHandler. C U; C# U# v5 c
B .# |" N+ T4 m* A) m |, z* z
ENDP

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B：跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’，即表示无线循环

用户堆栈初始化

ALIGN

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ALIGN：对指令或者数据存放的地址进行对齐，后面会跟一个立即数。缺省表示 4 字节对齐。

;用户栈和堆初始化,由 C 库函数_main 来完成
% w' J; w' U; a; P
IF :DEF:__MICROLIB ;这个宏在 KEIL 里面开启2 ~( _" Z( l9 I: o0 R* u; v5 o6 I
EXPORT __initial_sp
, r! T6 d5 Z8 P; r) s `
EXPORT __heap_base9 o, ~+ O; ~! p1 ]
EXPORT __heap_limit% q2 w4 U' z x1 R1 {/ N
ELSE
& v4 c0 b# C; `1 e8 a
IMPORT __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现
* X& Q& b8 R! X$ \* j- g
EXPORT __user_initial_stackheap8 H' u. e! P2 N2 j. A, m
__user_initial_stackheap
+ q& X. s% L. E0 S# f: G* Y( n: c
LDR R0, = Heap_Mem, C: n; A I: t( e7 R+ F6 w6 E4 i
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)9 d/ E! w* t+ O
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
; Y8 u+ L7 Q3 ]7 {
LDR R3, = Stack_Mem
! B9 m+ u6 D7 q" c
BX LR
# W$ j* O _; Z( b3 _
ALIGN
8 [; p) L. X7 g
ENDIF
% w5 U6 c) w! m- Q E6 f& W
END

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首先判断是否定义了__MICROLIB ，如果定义了这个宏则赋予标号__initial_sp（栈顶地址）、 __heap_base（堆起始地址）、 __heap_limit（堆结束地址）全局属性，可供外部文件调用。有关这个宏我们在 KEIL 里面配置，具体见下图。然后堆栈的初始化就由 C 库函数_main 来完成。