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0 k7 u! {& h# O7 f 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 : D& c. ]7 O. v5 Y- X+ \ 二、启动文件代码讲解 Stack—栈
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。 0 A6 }$ J+ t. m( G) `, _ 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。 ) q6 c1 b. P% y* l5 }7 E a$ X 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。 # t1 v9 v: J( j 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:指定当前文件的堆栈按照8字节对齐。 1 f2 n- W8 r# F" N. q" ^ 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
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。0 e% |6 j, L) W8 N! Y 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。
__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。 ' U& v2 Z0 Y" ]+ R" P3 `) L 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。 ; g4 P( |. q5 `/ G( f: l$ r 复位程序
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。 4 {8 X5 u' X# q5 C$ y2 @% e 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。 ! Z7 A/ N/ ]' O; Q) G# h# O( e __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。
B:跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’,即表示无线循环。 ( p1 l& S- C0 H4 z `# F/ R 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。
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。 8 s U0 g% J/ ?% v' G+ `6 t6 k" i 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。 1 W- ]% ?3 a1 ]* a IF,ELSE,ENDIF:汇编的条件分支语句,跟C语言的if ,else类似 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 - W/ I( B2 N7 j
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:( }+ `4 g5 s) G' N 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。 ' Q& c: i5 R; P2 A: p! D) v7 s 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。, C Q2 X" ~# ?/ Y- Q1 e) o, f+ } / P4 j+ p0 S4 t5 {' {6 a% ^ 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。$ { {- Y9 ^$ ^" S 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。3 u& i, Y4 s) ?; X0 w 启动后bootloader做了什么? 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。 % f& m: |7 S, h& F6 i; t 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。 4 o/ L4 C% ~+ q Z4 w% { 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?。 : }) @ p8 b; L2 c bootloader中对内存的搬移和初始化 本节针对程序在内置Flash中启动的情况进行分析。 3 |" C9 \1 A7 r 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。 9 J$ W" X2 f9 w 转载自:学习成长记录站 如有侵权请联系删除 |
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