一、启动文件简介

启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

初始化堆栈指针SP=_initial_sp

初始化PC指针=Reset_Handler

初始化中断向量表

配置系统时钟

调用C库函数_main初始化用户堆栈，从而最终调用main函数去到C的世界

二、启动文件代码讲解

Stack—栈

1. Stack_Size      EQU     0x00000400
   . W/ Z, J- `  u& J
2. 
   
3.                 AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   3 N, Q) C7 _  W! A& G0 ?) I( ~
4. Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
   ( _! t. }( A: i+ N9 }8 G
5. __initial_sp

复制代码

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，类似与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。

2 R8 _, o9 S7 w

Heap—堆

1. Heap_Size     EQU     0x00000200
   6 ?% E' p  N7 @6 i% S" A$ ~
2.             AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   $ A) L! x% X% S  M: J
3. __heap_base
   
4. Heap_Mem      SPACE   Heap_Size
   
5. __heap_limit

复制代码

3 w$ e; A/ @! Z1 F( l5 u9 e

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。

1 C. b* e0 U& Y5 G3 k

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。

1. PRESERVE8
   
2. THUMB

复制代码

8 n+ O# x, U& Q' {) t( E

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。

向量表

1. AREA    RESET, DATA, READONLY
   , K4 g" I9 h  B9 ?" B* Z$ y
2. EXPORT  __Vectors
   9 P  N/ K6 {. T! n( B+ g0 T
3. EXPORT  __Vectors_End
   
4. EXPORT  __Vectors_Size
   % X2 ]7 R2 Y% d

复制代码

9 h* d, L$ w8 _% G3 W" m

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。
# U" k4 P  {% I8 Q3 u& E8 ~; n0 V

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。

1. __Vectors  DCD   __initial_sp        ;栈顶地址
   $ g# F$ {5 Y. M- \; [
2.         DCD   Reset_Handler       ;复位程序地址
   
3.         DCD   NMI_Handler
   
4.         DCD   HardFault_Handler
   
5.         DCD   MemManage_Handler
   8 a! Q0 n" ?" R$ C* |% V. f. f7 ~
6.         DCD   BusFault_Handler
   
7.         DCD   UsageFault_Handler
   
8.         DCD   0                    ; 0 表示保留
   
9.         DCD   0
   
10.         DCD   0
    
11.         DCD   0
    
12.         DCD   SVC_Handler
    0 e! y, Y. E" ]) `* K+ w! H0 c# P
13.         DCD   DebugMon_Handler
    . P, X& z, t* s  `
14.         DCD   0
    4 I5 [1 Z4 A3 t) s( e- R; y
15.         DCD   PendSV_Handler
    
16.         DCD   SysTick_Handler
    
17. 
    
18. 
    ; \1 r7 ?& m) W% S/ K7 I
19. ;外部中断开始
    
20.         DCD   WWDG_IRQHandler
    
21.         DCD   PVD_IRQHandler
    * M3 t4 ]+ J' ?7 d2 B( z( Q
22.         DCD   TAMPER_IRQHandler
    9 F* h0 M4 l% H8 U' ?# [3 T
23. 
    1 `! \5 s; r" a: K
24. ;限于篇幅，中间代码省略
    
25.         DCD   DMA2_Channel2_IRQHandler
    / J( Z3 |7 }$ y* F
26.         DCD   DMA2_Channel3_IRQHandler
    . B; g; P1 y& `4 t3 {% k4 o
27.         DCD   DMA2_Channel4_5_IRQHandler
    
28. __Vectors_End
    , c& o0 f  K6 f) U' K( [4 y$ C
29. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

复制代码

3 B2 V4 ^4 U- U6 {  b- ]

__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。

' ]0 K) p$ T# p0 x! E7 [

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

1. AREA |.text|, CODE, READONLY

复制代码

! S7 g1 X4 n) Q" E! s9 r

定义一个名称为.text的代码段，可读。

1. Reset_Handler PROC
   , h, }$ a, p$ t& [/ N
2. 
   6 @1 d9 _$ p9 o- K: N0 q3 a
3.             EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]
   
4.             IMPORT  SystemInit
   
5.             IMPORT  __main
   ) j0 v$ S6 n. n( X( s* _
6. 
   ( b5 `% J* d4 {! u/ C' T  N
7.             LDR     R0, =SystemInit
   ) {$ J9 Q. d5 Y9 Y
8.             BLX     R0
   
9.             LDR     R0, =__main
   
10.             BX      R0
    ! ^- M% R& L# z9 Q
11.             ENDP

复制代码

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。

, \+ s& T7 J* v1 ^

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这个库文件总定义。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或其他。

* J) g9 c% n) x' \. L

__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。

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， 真正的中断复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。

1. NMI_Handler     PROC    ;系统异常
   4 r: V' M4 S' V! d4 z' E
2.                 EXPORT  NMI_Handler           [WEAK]
   # y2 P2 C; G3 P( Q. R6 y
3.                 B       .
   
4.                 ENDP
   2 f8 l- w0 L! n, T) f! q- X
5. 
   
6. ;限于篇幅，中间代码省略
   
7. 
   8 t; m& V: K7 h8 y
8. SysTick_Handler PROC
   
9.                 EXPORT  SysTick_Handler       [WEAK]
     ~* |- A$ v/ l  I2 ^8 d
10.                 B       .
    - [$ F1 v; ]: _0 p( R$ l/ m
11.                 ENDP
    8 r  O& {! }  \5 I
12. 
    2 o- e9 q" u0 O
13. 
    + o2 I' {& O5 v6 y4 t
14. 
    + L" I" t6 c% w+ v
15. Default_Handler PROC    ;外部中断
    
16. 
    
17.                 EXPORT  WWDG_IRQHandler       [WEAK]
    ) ?# R# r" R' B! ^5 O0 ]0 m* X/ s
18. 
    
19.                 EXPORT  PVD_IRQHandler        [WEAK]
    " i. w0 t& P, J" F7 U* L& |
20. 
    
21.                 EXPORT  TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
    
22. 
    % Q. r- {8 L! I; g3 d2 L
23. ;限于篇幅，中间代码省略
    
24. 
    
25. LTDC_IRQHandler
    
26. 
    : Q  t1 ]/ j0 X$ l0 t! }$ ^
27. LTDC_ER_IRQHandler
    
28. 
    1 j$ f* ?+ M9 o: u8 [: m& l
29. DMA2D_IRQHandler
    $ d4 m5 p7 V4 [4 k
30. 
    8 s: Q- e* _$ @6 t. N9 ^
31.                 B       .
    3 A" W! k8 o/ |) T* s  X6 n) z
32.                 ENDP

复制代码

" i; Y, `. S: ]+ |0 R( Z/ @

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：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。

1. ;用户栈和堆初始化,由C库函数_main来完成
   
2. 
   ( D/ b" [0 q9 g& [
3. IF      :DEF:__MICROLIB  ;这个宏在KEIL里面开启
   8 ^* x+ Y" m0 a  X! l* P6 M! X
4. EXPORT  __initial_sp
   1 x4 B8 u$ g$ |" G: H, k
5. EXPORT  __heap_base
   ) Y3 v( C/ M5 b$ ?+ j' a
6. EXPORT  __heap_limit
   
7. ELSE
   2 w, O5 h5 ^3 Z9 R% s
8. 
   
9. IMPORT  __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现
   
10. EXPORT  __user_initial_stackheap
    
11. 
    
12. __user_initial_stackheap
    / r* S& |' H) p9 [* X+ V* ~* e
13. 
    
14. LDR     R0, =  Heap_Mem
    " P) |3 U1 E( F
15. LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
    
16. LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
    
17. LDR     R3, = Stack_Mem
    ( h* t7 k* w" N; `! O7 l
18. BX      LR
    
19. ALIGN
    ! I! v1 m. u" V$ F4 z5 N
20. 
    
21. ENDIF

复制代码

) o6 F" @* @9 R* a. e

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，具体见图 使用微库 。然后堆栈的初始化就由C库函数_main来完成。

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，具体见图 使用微库 。然后堆栈的初始化就由C库函数_main来完成。

如果没有定义__MICROLIB，则才用双段存储器模式，且声明标号__user_initial_stackheap具有全局属性，让用户自己来初始化堆栈。

5 \  i$ V' S7 o' x

IF,ELSE,ENDIF：汇编的条件分支语句，跟C语言的if ,else类似

' h$ Z" f* `) t7 \; M" N9 E; j' D

END：文件结束

------------------------------------------------------------------------

以上是分析STM32的启动文件，对于他的启动过程。下面这里进行通俗的总结和记录。

根据boot引脚决定三种启动模式

' c7 K) V# z3 k/ j0 P; q

BOOT1	BOOT0	模式	启动空间
x ; J, ]  z) p  D! y5 `	0 2 g* X: d4 P5 ?	主FLASH	选择主FLASH作为启动空间
0 4 R$ l+ ~: T8 o) {& s9 j	1	系统存储	选择系统存储作为启动空间
1	1	嵌入式SRAM	选择嵌入失SRAM作为启动空间

6 m. M1 T7 W/ w/ B  G2 Q

单片机在复位后，在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT 引脚的值。BOOT0 为专用引脚，而 BOOT1 则与 GPIO 引脚共用。一旦完成对 BOOT1 的采样，相应 GPIO 引脚即进入空闲状态，可用于其它用途。BOOT0与BOOT1引脚的不同值指向了三种启动方式：
; |# K1 C6 {+ Y; h% ~" q

从主Flash启动。主Flash指的是STM32的内置Flash。选择该启动模式后，内置Flash的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码将在该处开始执行。一般我们使用JTAG或者SWD模式下载调试程序时，就是下载到这里面，重启后也直接从这启动。

5 m+ P- k3 R6 a9 z: [

从系统存储器启动。系统储存器指的是STM32的内置ROM，选择该启动模式后，内置ROM的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码在此处开始运行。ROM中有一段出厂预置的代码，这段代码起到一个桥的作用，允许外部通过UART/CAN或USB等将代码写入STM32的内置Flash中。这段代码也被称为ISP(In System Programing)代码，这种烧录代码的方式也被称为ISP烧录。关于ISP、ICP和IAP之间的区别将在后续章节中介绍。

7 J+ i# P* C1 _  q# E

从嵌入式SRAM中启动。显然，该方法是在STM32的内置SRAM中启动，选择该启动模式后，内置SRAM的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码在此处开始运行。这种模式由于烧录程序过程中不需要擦写Flash，因此速度较快，适合调试，但是掉电丢失。

总结：上面的每一种启动方式我都描述了“xxx的起始地址被重映射到了0x00000000地址，从而代码从xxx开始启动”，如下图是STM32F4xx中文参考手册中的图，可以看到类似的表述。同时，在下图中也展示了STM32F4xx中统一编址下，各内存的地址分配，注意一点，即使相应的内存被映射到了0x00000000起始的地址，通过其原来地址依然是可以访问的。

启动后bootloader做了什么？
* I) X/ z9 z' F0 U2 w

根据BOOT引脚确定了启动方式后，处理器进行的第二大步就是开始从0x00000000地址处开始执行代码，而该处存放的代码正是bootloader。

+ v9 e/ Q2 M' r1 s

bootloader，也可以叫启动文件，无论性能高下，结构简繁，价格贵贱，每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件，启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51，AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件，但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件，不需要开发人员再行干预启动过程，只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。同样，STM32微控制器，无论是keiluvision4还是IAR EWARM开发环境，ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件。

7 N" b! R( r5 ?

网上有很多资料分析了STM32的启动文件的内容，在此我只进行简单的表述。启动文件中首先会定义堆栈，定义中断/异常向量表，而其中只实现了复位的异常处理函数Reset_Handler，可以看到其主要执行了SystemInit和__iar_program_start或者__main两个函数，其主要功能除了初始化时钟，FPU等，还会执行一个重要功能，那就是内存的搬移、初始化操作。这是我想重点介绍的内容，同时也会回答一个疑问，就是如果从Flash启动的话，代码究竟是运行在哪儿的？在我之前接触ARM9、CortexA系列的时候，一般都是把代码搬到内部的SRAM或者外部DDR中执行的，STM32是如何呢？。

6 u0 z; a# G3 {7 g

bootloader中对内存的搬移和初始化

$ a( V! x2 v1 X2 F' k, ^9 P

本节针对程序在内置Flash中启动的情况进行分析。

我们知道烧录的镜像文件中包含只读代码段.text，已初始化数据段.data和未初始化的或者初始化为0的数据段.bss。代码段由于是只读的，所以是可以一直放在Flash中，CPU通过总线去读取代码执行就OK，但是.data段和.bss段由于会涉及读写为了，为了更高的读写效率是要一定搬到RAM中执行的，因此bootloader会执行很重要的一步，就是会在RAM中初始化.data和.bss段，搬移或清空相应内存区域。

因此我们知道，当启动方式选择的是从内置Flash启动的时候，代码依旧是在Flash中执行，而数据则会被拷贝到内部SRAM中，该过程是由bootloader完成的。bootloader在完成这些流程之后，就会将代码交给main函数开始执行用户代码。

  V6 \& q% F- f! K9 C5 U# Q% f  f

转载自：学习成长记录站

如有侵权请联系删除

1 }+ U7 L' J/ D  T% t