STM32H7的启动过程分析
启动文件
不同编译器对应的启动文件不同，在MDK下，以startup_stm32h743xx.s为例，这是一个汇编文件，启动文件中主要做了如下事情：
2 `& k( |' j, ~8 s: Z0 m设置堆栈指针 SP = __initial_sp。
' x9 l$ @, S& S& s7 s设置 PC 指针 = Reset_Handler。
. }! h+ J0 H4 Y+ w$ r设置中断向量表。
配置系统时钟。
( q9 n. }0 P' |1 U" d! W配置外部 SRAM/SDRAM 用于程序变量等数据存储（这是可选的）。
# B6 e0 T0 G% h& I9 n跳转到 C 库中的 __main ，最终会调用用户程序的 main()函数。
' t% C6 e4 N# f  M0 JCortex-M 内核处理器复位后，处于线程模式，指令权限是特权级别（最高级别），堆栈设置为用主堆栈 MSP。
堆栈指针
) J4 D5 N$ J+ w. {% e通用寄存器组
; _1 E  W) Z$ t  g- ECortex – M7/M4/M3 处理器拥有 R0-R15 的通用寄存器组。其中 R13 作为堆栈指针 SP。 SP 有两个，但在同一时刻只能有一个可以用。
, o9 x+ d! J" R7 X4 n* z8 l7 L主堆栈指针（MSP）：这是缺省的堆栈指针，它由 OS 内核、异常服务例程以及所有需要特权访问的应用程序代码来使用。
4 y) A. M8 ~5 g# R$ c4 \" R进程堆栈指针（PSP）：用于常规的应用程序代码（不处于异常服务例程中时）。
" u: W  W4 T" V  l' |另外以下两点要注意：
" S& ?. f2 V6 |7 H大多数情况下的应用，只需使用指针 MSP，而 PSP 多用于 RTOS 中。
" b2 e6 X& f" r* U; Q" F2 AR13 的最低两位被硬线连接到 0，并且总是读出 0，这意味着堆栈总是 4 字节对齐的。

- Q  r3 ^9 U( YCortex-M7/M4/M3 向下生长的满栈
6 X6 E1 m3 A/ L9 ~* P; Q+ ~PUSH 入栈操作：SP 先自减 4，再存入新的数值
2 X# W& w. A% ~& V, Y5 N0 hPOP 出栈操作：先从 SP 指针处读出上一次被压入的值，再把 SP 指针自增 4

) R) q3 i0 k; G5 k: T分析启动过程
+ I+ u8 {1 E3 n. Q硬件上电后，会触发硬件复位，复位之后，CPU 内的时序逻辑电路首先完成如下两个工作（程序代码下载到内部 flash 为例，flash首地址 0x0800 0000）
' A" b3 Y6 L$ y7 k, F
将 0x08000000 位置存放的堆栈栈顶地址存放到 SP 中(MSP)。
将 0x08000004 位置存放的向量地址装入 PC 程序计数器。
CPU 从 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 条指令开始执行程序，也就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。为啥，因为在启动文件中，最先做的两件事情是
设置堆栈指针 SP = __initial_sp
设置 PC 指针 = Reset_Handler
复位中断服务程序会调用SystemInit()函数来配置系统时钟、配置FMC总线上的外部SRAM/SDRAM，然后跳转到 C 库中__main 函数。由 C 库中的__main 函数完成用户程序的初始化工作（比如：变量赋初值等），最后由__main 函数调用用户写的 main()函数开始执行 C 程序。
1 f$ ~! A8 G9 G6 J
, L* S5 `) p9 f代码分析
①、开辟栈（stack）空间，用于局部变量、函数调用、函数的参数等

1. //类似宏定义，这是个伪指令，定义栈大小，这里是以字节为单位
   
2. Stack_Size      EQU     0x00001000   
   
3. 
   
4. /*
   ! L2 [/ V( U7 d$ t' D. ~* F
5. 开辟一段数据空间可读可写，段名 STACK，按照 8 字节对齐。 ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。 ARER 后面的关键字表示这个段的属性。
   , W* L$ `  M5 V7 c4 ]& c
6. STACK ：表示这个段的名字，可以任意命名。
     m/ v. e7 V4 ^8 L6 b6 f
7. NOINIT：表示此数据段不需要填入初始数据。
   " h8 b, i  N1 G6 L# `9 h7 [. a
8. READWRITE：表示此段可读可写。
   9 \* [: _5 x  t8 C2 z. T
9. ALIGN=3 ：表示首地址按照 2 的 3 次方对齐，也就是按照 8 字节对齐(地址对 8 求余数等于 0)。
   " f) C) n8 G* a9 r4 n+ M( ?
10. */
    
11.                 AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
    ( T! s& q) O$ l4 N! j& Y* e
12. 
    ' o4 }# R9 D0 e% v( X
13. //SPACE 这行指令告诉汇编器给 STACK 段分配 0x00001000 字节的连续内存空间。
    * s# ~9 s7 r5 B  t3 u! S' [
14. Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
    4 t* K8 n. {- z" e! Q0 a/ T
15. 
    * M1 L& A6 |# [4 g4 B8 N
16. /*
    ; H5 V) U% }( W& P
17. __initial_sp 紧接着 SPACE 语句放置，表示了栈顶地址。 __initial_sp 只是一个标号，标号主要用于表示一片内存空间的某个位置，等价于 C 语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置，从 C 语言的角度来看，变量的地址，数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。
    $ v$ W' y: U) a" ^8 ~) i2 N" e9 p3 h
18. */
    
19. __initial_sp

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①、开辟堆(heap)空间，主要用于动态内存分配，也就是说用 malloc，calloc, realloc 等函数
5 l  \; }# Y+ d( N8 B) t分配的变量空间是在堆上

1. //定义堆空间大小
   9 @2 p' k5 S( U" n
2. Heap_Size       EQU     0x0000800
   
3. 
   0 X" O; Z/ f! I; W) Z1 ]. f
4. //分配一段名字为HEAP、可读可写、不需要初值、8字节对齐的数据空间
   
5.                 AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
     V' w, y. v' x$ I5 n3 K2 \
6. 
   % K* |% F% V- c8 P
7. //__heap_base 表示堆的开始地址。
   8 A8 ~9 H% U6 n; e2 x
8. __heap_base
   
9. 
   1 a% w9 V1 \& ~6 E! @3 f
10. //SPACE 这行指令告诉汇编器给 HEAP段分配 0x0000800字节的连续内存空间。
    
11. Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
    
12. 
    
13. __heap_limit 表示堆的结束地址
    " i4 d; K& N! I9 @  H
14. __heap_limit

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8 N$ Y8 T# {& F4 a③、生成属性设置、定义RESET代码段
& ^$ a7 q( _6 [

1. //PRESERVE8 指定当前文件保持堆栈八字节对齐。
   ( x) y3 H5 Z: A& H0 s5 y
2.                 PRESERVE8
   ' o# J: `: d0 \' g; U3 T5 [2 d: l
3. 
   
4. //THUMB 表示后面的指令是 THUMB 指令集 ，CM7 采用的是 THUMB - 2 指令集
   # c* v3 y* [' r) @0 `, z, G. }
5.                 THUMB
   
6. 
   
7. //：AREA 定义一块代码段，只读，段名字是 RESET。 READONLY 表示只读，缺省就表示代码段了。
   3 |. N6 i2 n, b0 P% h6 x# x! W
8. ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
   3 J+ J5 y& S2 l5 A: X( Z3 W! m
9.                 AREA    RESET, DATA, READONLY
   
10. 
    % V" `' N. I1 R" T( V+ N! ~& V3 j
11. //3 行 EXPORT 语句将 3 个标号申明为可被外部引用， 主要提供给链接器用于连接库文件或其他文件。
    7 r4 G# U! E5 o. j1 x
12.                 EXPORT  __Vectors
    ( [3 i; `, e! N9 b
13.                 EXPORT  __Vectors_End
    # O6 |5 `/ |" M, w4 O$ Z. O
14.                 EXPORT  __Vectors_Size

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④、中断向量变定义

1. __Vectors       DCD     __initial_sp                      ; Top of Stack
   + M0 Y% {. j/ i+ e* s! Z& i  v7 t
2.                 DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler
   1 u( G# T8 b1 _* M8 O, S
3.                 DCD     NMI_Handler                       ; NMI Handler
   
4.                 DCD     HardFault_Handler                 ; Hard Fault Handler
   
5. /*  省略部分代码 */                              
   ! @9 a, k( L6 k$ ~% k: k3 }* g# P8 }
6.                 DCD     0                                 ; Reserved                                    
   4 |6 F! [7 e- B
7.                 DCD     WAKEUP_PIN_IRQHandler             ; Interrupt for all 6 wake-up pins
   
8. 
   
9. 
   
10. __Vectors_End
    , f: a# E- U; z  L0 b% m
11. 
    : h# Z' Q0 a( @( d2 p& Q- a
12. //定义向量表大小
    7 x) @; c( T- d
13. __Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

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, i+ O: m' V3 D# m  y5 r上面的这段代码是建立中断向量表，中断向量表定位在代码段的最前面。具体的物理地址由链接器的配置参数（IROM1 的地址）决定。如果程序在 Flash 运行，则中断向量表的起始地址是0x08000000。以 MDK 为例，就是如下配置选项：

1 d* g  h+ J0 @7 h9 R: L% G- [
DCD 表示分配 1 个 4 字节的空间。每行 DCD 都会生成一个 4 字节的二进制代码。中断向量表存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常（也即是中断事件）发生时，CPU 的中断系统会将相应的入口地址赋值给 PC 程序计数器，之后就开始执行中断服务程序

⑤、代码段定义、Reset_Handler过程处理
. a4 Z" D, x2 y9 J
$ U% f& w' f, g8 M; h/ s

1.                 AREA    |.text|, CODE, READONLY
   
2. 
   
3. ; Reset handler
   1 U9 W- G. E, k3 c( Z
4. Reset_Handler    PROC
   
5.                  EXPORT  Reset_Handler                    [WEAK]
   
6.         IMPORT  SystemInit
   2 m7 Z9 w" t: h
7.         IMPORT  __main
   
8. 
   
9.                  LDR     R0, =SystemInit
   ( [0 e& N' @# i7 e. C" g; K8 O
10.                  BLX     R0
    
11.                  LDR     R0, =__main
    
12.                  BX      R0
    7 a1 M( S3 r, I% }8 }! {; y9 @
13.                  ENDP

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AREA 定义一块代码段，只读，段名字是 .text 。 READONLY 表示只读
利用 PROC、 ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰。
4 U7 r3 d. D( X9 h" @& W& uWEAK 声明其他的同名标号优先于该标号被引用,就是说如果外面声明了的话会调用外面的。 这个声明很重要，它让我们可以在 C 文件中任意地方放置中断服务程序，只要保证 C 函数的名字和向量表中的名字一致即可。
IMPORT：伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义。但要在当前源文件中引用，而且无论当前源文件是否引用该标号，该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。
SystemInit 函数在文件 system_stm32h7xx.c 里面，主要实现 RCC 相关寄存器复位和中断向量表位置设置。
6 C% `8 a3 D9 K$ A/ B__main 标号表示 C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main 的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(跳转__user_initial_stackheap 标号进行初始化堆栈的，下面会讲到这个标号)，并初始化映像文件，最后跳转到 C 程序中的 main 函数。这就解释了为何所有的 C 程序必须有一个 main 函数作为程序的起点。因为这是由 C/C++标准实时库所规，并且不能更改。
  Y& `1 D8 [. O+ X7 |8 l! U0 `$ d
⑥、缺省中断服务函数定义

1. ; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
   " M. v4 X$ \2 a; _
2. 
   # _- X  G' {; n, w! v' i/ f
3. NMI_Handler     PROC
   
4.                 EXPORT  NMI_Handler                      [WEAK]
   + C3 G3 |: }5 V' x" i
5.                 B       .      //死循环
   
6.                 ENDP
   
7. ...省略
   
8.                 EXPORT  PendSV_Handler                    [WEAK]
   
9.                 B       .
   & B* k7 y- _% u5 }8 t+ e
10.                 ENDP
    7 Y% R' ~, B. A$ q' N, h
11. SysTick_Handler PROC
    
12.                 EXPORT  SysTick_Handler                   [WEAK]
    8 c6 t4 @" }8 U* ]+ _- e
13.                 B       .
    ! w" @: [4 M( X! S" F+ z: F
14.                 ENDP                                    
    8 `; a) p/ {/ p' n
15. 
    
16. Default_Handler PROC                                      
    
17. 
    % O* Q* e$ d9 G0 W# d/ G  {' f8 J
18.                 EXPORT  WWDG_IRQHandler                   [WEAK]                                       
    
19.                 EXPORT  PVD_AVD_IRQHandler                [WEAK]                        
    : e1 U8 N# L/ z1 ~* D
20. ...省略                                                                                 
    0 A) ~7 m  C  T' M  ?
21.                 EXPORT  WAKEUP_PIN_IRQHandler             [WEAK]
    
22. 
    % v" i9 z2 f: l/ M, C: [9 u
23. 
    4 i( ^3 |+ @% N8 {6 s: s9 Y
24. WWDG_IRQHandler                                                         
    4 b' n; X1 L2 }. i& Z( N
25. ...省略     
    % f" @7 J( f' D
26. WAKEUP_PIN_IRQHandler
    
27. 
    
28.                 B       .
    
29. 
    . t5 ^2 Q! l& X$ t( A+ @
30.                 ENDP
    
31. 
    
32.                 ALIGN

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% B) c: V* Q+ E6 H, `这里全部的中断服务函数都是用[WEAK]来声明，假如没有在其他文件中定义同名的中断服务函数，来了中断，就会进入到这里。

⑦、堆和栈的初始化
5 _# c* {; A0 @" W& ~# r

1. ;*******************************************************************************
   
2. ; User Stack and Heap initialization
   
3. ;*******************************************************************************
   4 r/ j. G3 V0 \% C- r
4. //假如定义了MICROLIB，这里类似于if...else...
   & H' ]- S7 F' J  k
5.                  IF      :DEF:__MICROLIB
   + ~. G, V/ J$ f$ b3 n
6. 
   / r: y: R& H0 T0 S
7.                  EXPORT  __initial_sp
   , I" {; j: Q% X
8.                  EXPORT  __heap_base
   ; A3 ?4 |- D7 `- [: |# \
9.                  EXPORT  __heap_limit
   / W1 n  Q& E3 K  @
10. 
    ( N0 |& I& X! N
11.                  ELSE
    , F( W. E# i3 Q
12. 
    
13.                  IMPORT  __use_two_region_memory
    - O% {8 r/ f# y. U) u" e
14.                  EXPORT  __user_initial_stackheap
    ; m, n9 U! X* C8 P1 x) z6 i4 O% W
15. 
    1 ~3 s- B. S  M8 C+ f! w
16. //__user_initial_stackheap 将由__main 函数进行调用。                 
    
17. __user_initial_stackheap
    : w) u9 g+ B+ ?& H
18. 
    
19.                  LDR     R0, =  Heap_Mem
    
20.                  LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
    - I9 t7 U* U2 G6 G+ ~- |  y
21.                  LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
    * D) m/ k, m- Z5 V/ L8 \) g, {
22.                  LDR     R3, = Stack_Mem
    0 W! {3 g, z( M# g
23.                  BX      LR
    - Q# E" X$ C% F, r/ b) j" c
24. 
    # J( B4 G5 L! H+ c7 M% F% ]
25.                  ALIGN
    9 h6 m, C$ Y2 e& R3 D. I+ F) L
26. 
    1 J( F. t5 c5 `: r
27.                  ENDIF
    
28. 
    
29.                  END

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Boot的启动模式不同于以往的M3、M4内核的ST MCU，H7的boot引脚只有一个，但是H7 专门配套了两个 option bytes 选项字节配置，如此以来就可以方便设置各种存储器地址了。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9J2Qpbcf-1574601496448)(./1574512528932.png)]
3 Q. H; r6 |% |4 C; Q9 f, R& VBOOT_ADD0 和 BOOT_ADD1 对应 32 位地址到高 16 位，这点要特别注意。 通过这两个选项字节，所有 0x0000 0000 到 0x3FFF 0000 的存储器地址都可以设置，包括：

6 X- Y  F1 K% b# ?: W& u% D所有 Flash 地址空间。
" A& D' p1 V, \; n& y所有 RAM 地址空间，ITCM，DTCM 和 SRAM。
$ q% ^( o6 G" V设置了选项字节后，掉电不会丢失，下次上电或者复位后，会根据 BOOT 引脚状态从 BOOT_ADD0，或 BOOT_ADD1 所设置的地址进行启动。
使用 BOOT 功能，注意以下几个问题：
如果用户不慎，设置的地址范围不在有效的存储器地址，那么 BOOT = 0 时，会从 Flash 首地址 0x08000000 启动，BOOT = 1 时，会从 ITCM 首地址 0x0000 0000 启动。
当 Flash 的保护级别被配置为级别 2 之后， 只能从 Flash 自举。 如果 BOOT_ADD0/BOOT_ADD1选项字节中自举地址被配置为位于存储器范围之外或属于 RAM 地址范围，则系统只能从地址 0x0800 0000 上的 Flash 开始执行
, i- M' Q4 u) t# u: [