
本帖最后由 ajane 于 2015-1-5 19:26 编辑 大神的解读,看懂的不多,与坛友分享,期待牛人来讲课 $ Z$ L9 \: B- b* ~ 相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动,即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC = 0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有3种情况: 1、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区,即起始地址为0x2000000,同时复位后PC指针位于0x2000000处;" `/ y- z. S$ `" t" t2 m9 t- s 2、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区,即起始地址为0x8000000,同时复位后PC指针位于0x8000000处; 3、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区,本文不对这种情况做论述;, b1 l% v- l$ | 而Cortex-M3内核规定,起始地址必须存放堆顶指针,而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址,这样在Cortex-M3内核复位后,会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量,跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。* O; @8 Y# w4 ^. R0 |4 K; N 有了上述准备只是后,下面以STM32的2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”为模板,对STM32的启动过程做一个简要而全面的解析。 程序清单一: ;文件“stm32f10x_vector.s”,其中注释为行号! s; A8 |1 J g1 G DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ;1 Stack_Size EQU 0x00000400 ;2/ R" k% _3 A+ J' p4 v6 C# @ AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;3 Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4; e# b0 C3 X3 r) i `8 A H __initial_sp ;5" s: E0 v6 V) Z. p# T Heap_Size EQU 0x00000400 ;6$ Y" k' P& B- B* ?0 i* w( K' t AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7, z; {' Y2 @* A% k/ x __heap_base ;8 Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9 __heap_limit ;109 B! d( I: c6 {' `. @ THUMB ;11 PRESERVE8 ;125 g: P1 ]0 ?; ?+ @ Q9 e9 [4 w IMPORT NMIException ;13 IMPORT HardFaultException ;14- h3 b+ C4 n$ r1 k2 u IMPORT MemManageException ;15* L1 a) c6 Z) p" z- H( A1 @ IMPORT BusFaultException ;16 IMPORT UsageFaultException ;17 IMPORT SVCHandler ;18 IMPORT DebugMonitor ;19 IMPORT PendSVC ;20 IMPORT SysTickHandler ;21 IMPORT WWDG_IRQHandler ;22 IMPORT PVD_IRQHandler ;23 IMPORT TAMPER_IRQHandler ;247 s5 W. E- r5 J, c7 h IMPORT RTC_IRQHandler ;25 IMPORT FLASH_IRQHandler ;266 k e/ @. z+ K IMPORT RCC_IRQHandler ;27! ~& Z9 ?* e1 N4 e$ [6 X& w% q IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28% m; S9 ?" E. v+ I IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29! D7 p9 y' f+ I4 v6 l: y IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30 IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31 IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32 IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33, P2 d$ X; I" y IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ;34 IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35 IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36 IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ;37 IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38# ^0 Y5 ^& |2 i; ?) @5 n IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39 IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;403 g$ S- k' o; u- ?% O IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;412 L- B. q9 d+ d& A IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;429 R: q( _$ I: `7 X6 V9 a" w IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;433 c; e& C; Q# G( j IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ;446 s1 B% c$ U; [ IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45 IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ;46& x2 H8 U" r) H5 v# f IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;472 Q: c: [ L( z) a( U* Q) |: U* J IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;486 f1 C; ?0 O! ~' m IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;496 U' f* q0 v6 b" l IMPORT TIM2_IRQHandler ;501 i4 x+ k4 Q% W7 { IMPORT TIM3_IRQHandler ;51 IMPORT TIM4_IRQHandler ;52 IMPORT I2C1_EV_IRQHandler ;53; S- v" W% c7 B7 }# m IMPORT I2C1_ER_IRQHandler ;54 IMPORT I2C2_EV_IRQHandler ;553 a% k% v$ R$ _# ]* ~' G IMPORT I2C2_ER_IRQHandler ;56 IMPORT SPI1_IRQHandler ;57" W3 c0 b0 n. z& {5 Z7 z4 y0 g( t IMPORT SPI2_IRQHandler ;58 IMPORT USART1_IRQHandler ;591 ~7 {. E5 e3 M IMPORT USART2_IRQHandler ;60 IMPORT USART3_IRQHandler ;615 f! C1 h- T q' ^5 T& w: |* O' e# Y IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62 IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ;632 M% f. x+ X( O& m3 Q IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64 IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ;65 IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66 e0 V9 M+ g% V! Z& A IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;672 W5 `, F' _9 n3 v IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68! s% u/ l+ R. z9 P) W( `+ @ IMPORT ADC3_IRQHandler ;69: v+ \: i, e, g* A5 z IMPORT FSMC_IRQHandler ;70 IMPORT SDIO_IRQHandler ;71 IMPORT TIM5_IRQHandler ;72 IMPORT SPI3_IRQHandler ;73 IMPORT UART4_IRQHandler ;749 ]6 T' S5 s6 y. r IMPORT UART5_IRQHandler ;75 IMPORT TIM6_IRQHandler ;76 IMPORT TIM7_IRQHandler ;77 IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ;78 IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79 IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80: Y. b7 D7 [ H, q IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81 AREA RESET, DATA, READONLY ;82 EXPORT __Vectors ;831 f- d9 D0 [( {" \" @( _3 Z. W __Vectors ;847 V5 @* s' j1 q$ m5 J" A: S DCD __initial_sp ;85 DCD Reset_Handler ;86. |- }; w( t% H, H; ~6 ~2 V DCD NMIException ;87/ w! y4 ^- h* ` c+ o: }* n$ l5 A7 Y: p2 M DCD HardFaultException ;886 p* F+ Y! {/ Q( D. g5 P/ t3 T& u DCD MemManageException ;89 DCD BusFaultException ;90 DCD UsageFaultException ;91% [* d$ \- S c DCD 0 ;92 DCD 0 ;93 DCD 0 ;94 DCD 0 ;95+ y7 T" B' v8 ^ u DCD SVCHandler ;96( \+ v% I8 H" e9 Q3 K) a DCD DebugMonitor ;97 DCD 0 ;98 DCD PendSVC ;99" `* A1 {6 {, C5 ]; u DCD SysTickHandler ;100$ q2 S% V; q7 F DCD WWDG_IRQHandler ;101 DCD PVD_IRQHandler ;102 DCD TAMPER_IRQHandler ;1033 k! L9 S& p) s @( W2 o/ n DCD RTC_IRQHandler ;104 DCD FLASH_IRQHandler ;105 DCD RCC_IRQHandler ;1067 [5 B# y, ^/ ~ DCD EXTI0_IRQHandler ;107 DCD EXTI1_IRQHandler ;1083 f( `" _ ? @6 I6 D7 ] DCD EXTI2_IRQHandler ;1099 N7 E% ?$ y+ ]4 Y0 B DCD EXTI3_IRQHandler ;110; B, ~. |, O, s" A( N2 v DCD EXTI4_IRQHandler ;1117 t3 P* ~# Y4 m& ^, q q! ` DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ;112( |7 Q- P9 L: C( @ DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113 DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ;114 DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115 DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ;116 DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117' F1 J! V8 h$ f4 U( r; S7 V* j% B DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ;118" W. G! f5 s4 H% l, {0 ]6 o DCD ADC1_2_IRQHandler ;1193 H1 O( j1 U- M1 ]+ a" Z3 d) M DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120 DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121' N3 v+ l3 @4 y% v4 y DCD CAN_RX1_IRQHandler ;122 DCD CAN_SCE_IRQHandler ;1232 U, O3 V- t; f5 O4 [) Z7 Y DCD EXTI9_5_IRQHandler ;124 DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125; L+ l7 O9 J$ J) j* l$ @ DCD TIM1_UP_IRQHandler ;126 DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127 DCD TIM1_CC_IRQHandler ;128 DCD TIM2_IRQHandler ;129 DCD TIM3_IRQHandler ;130/ B/ o, w. F2 v7 o( ^; \ DCD TIM4_IRQHandler ;131 DCD I2C1_EV_IRQHandler ;1321 r: Z) H3 |( T1 f0 X) J DCD I2C1_ER_IRQHandler ;133 DCD I2C2_EV_IRQHandler ;134 DCD I2C2_ER_IRQHandler ;135 DCD SPI1_IRQHandler ;136! z c, p }2 ^, G- q& y DCD SPI2_IRQHandler ;1377 E4 K/ T: B6 [ DCD USART1_IRQHandler ;1382 x7 g. p. V, @5 a% o DCD USART2_IRQHandler ;139 DCD USART3_IRQHandler ;140 DCD EXTI15_10_IRQHandler ;1415 B3 l6 _" c& Z1 | DCD RTCAlarm_IRQHandler ;142 DCD USBWakeUp_IRQHandler ;1439 y; o2 [( c2 l. S DCD TIM8_BRK_IRQHandler ;144 DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145 DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146- A) {: H6 @2 F, V% V DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147 DCD ADC3_IRQHandler ;1480 b6 r4 q# A' W8 m* V8 }% y, w8 Z { DCD FSMC_IRQHandler ;149 DCD SDIO_IRQHandler ;150. s+ H7 {6 b( f% e6 m$ d% I. W: a& q DCD TIM5_IRQHandler ;151, I' Q: }: `4 q* m' P7 J" m3 t DCD SPI3_IRQHandler ;1526 j7 @. D; [1 N7 w" Q$ s; M" Z- R DCD UART4_IRQHandler ;153, C/ D6 J( J- n- ]6 i DCD UART5_IRQHandler ;154# |% s M4 J V! y. v DCD TIM6_IRQHandler ;155 DCD TIM7_IRQHandler ;156 DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ;157 DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158 DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;1599 n) u; C" P" X' F* A DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160 AREA |.text|, CODE, READONLY ;161' }$ D( e; Z6 U$ J0 v4 w5 k/ D Reset_Handler PROC ;162+ O) W6 s( X7 |+ A6 W. G9 Q EXPORT Reset_Handler ;163 IF DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164: R/ z/ C4 v5 \7 j& S% H LDR R0,= 0x00000114 ;165+ K5 f' k; V# j+ s0 A( w! ? LDR R1,= 0x40021014 ;166 STR R0,[R1] ;167" z9 d% c) s5 @; u; {3 o LDR R0,= 0x000001E0 ;168! i6 L! I' A' I" W LDR R1,= 0x40021018 ;1696 t. q6 L) G5 P% x ` STR R0,[R1] ;170, N! u6 a( e2 w+ X; D7 q' _# U' P LDR R0,= 0x44BB44BB ;171 LDR R1,= 0x40011400 ;172! [# K$ _" e4 r$ m9 n STR R0,[R1] ;173/ B' @7 M4 x- Y1 J% T LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;1741 i5 f+ F5 i. A6 T. O, g; s+ @. {! k LDR R1,= 0x40011404 ;175, }; C% S3 z4 U. l STR R0,[R1] ;176: ~; P; R( ]4 t* \5 z' n, r) {1 W e LDR R0,= 0xB44444BB ;177; B% l0 Z" O A% X4 e! U LDR R1,= 0x40011800 ;178 STR R0,[R1] ;1793 [6 k! R4 B% r/ N0 U' b LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180/ P( B- M" Q4 C5 Q5 a- P8 G LDR R1,= 0x40011804 ;181 STR R0,[R1] ;1822 D: l5 k- w0 \! v& w3 J LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183 LDR R1,= 0x40011C00 ;184 STR R0,[R1] ;185 LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186 LDR R1,= 0x40011C04 ;1877 S e! H0 O& I5 v1 k: M+ k STR R0,[R1] ;188 LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189+ `- v* x1 [" K' }7 R LDR R1,= 0x40012000 ;190 STR R0,[R1] ;191" o1 C4 r/ j+ f% C ~3 y8 l LDR R0,= 0x44444B44 ;192& @/ E, D5 i& @+ |- x+ g6 q; S! h: {% P LDR R1,= 0x40012004 ;193" j- F( Q7 \! g& M! c; y; U# ^ STR R0,[R1] ;1942 ?5 E) z8 ?' X0 C$ l, { LDR R0,= 0x00001011 ;195 LDR R1,= 0xA0000010 ;1967 T4 t6 g7 ?. @9 g7 ]& V1 g# ] STR R0,[R1] ;197 LDR R0,= 0x00000200 ;198 LDR R1,= 0xA0000014 ;199: V3 D; g+ m3 I! z) P' |4 @% i* r STR R0,[R1] ;2009 R' B( F. Q" D5 E O6 q ENDIF ;201 IMPORT __main ;202( j: i) a, K) o0 U& X4 h( n& e LDR R0, =__main ;203; c/ l+ l( H c5 x5 k& ^# ~# E BX R0 ;204) ]' w3 f% Q& F; g' B# I ENDP ;2056 a) x+ y8 Z0 _) e+ z ALIGN ;206 IF ![]() EXPORT __initial_sp ;208 EXPORT __heap_base ;209; w/ `( Q% u4 G7 ^( j9 P9 ^ EXPORT __heap_limit ;210 ELSE ;2112 f; H Q& {" K4 o IMPORT __use_two_region_memory ;212 EXPORT __user_initial_stackheap ;213) x. _2 U+ `) K7 V4 |3 e __user_initial_stackheap ;214 LDR R0, = Heap_Mem ;215; u: [: k& r- o% P8 m! }: N LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216 LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217 LDR R3, = Stack_Mem ;218 BX LR ;219" x$ z& R- ^1 E, u1 Z- Q0 [ ALIGN ;220 ENDIF ;221 END ;222+ O0 ?4 D& v" J0 S ENDIF ;2231 y# d w4 X9 z6 | END ;224 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------) R6 ^$ f/ r7 o5 R 2 m7 `' O# a3 U |
第1行:定义是否使用外部SRAM,为1则使用,为0则表示不使用。此语行若用C语言表达则等价于:
#define DATA_IN_ExtSRAM 0 E, N! G* r& W2 p+ C) g0 p0 @7 b' ?: N
第2行:定义栈空间大小为0x00000400个字节,即1Kbyte。此语行亦等价于:
#define Stack_Size 0x00000400 C- p+ k: f# `) r9 B# v, h, n
第3行:伪指令AREA,表示3 I; ^$ x! @; D5 v6 ~; S; n
第4行:开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。* T J( |. @! e* d
第5行:标号__initial_sp,表示栈空间顶地址。
第6行:定义堆空间大小为0x00000400个字节,也为1Kbyte。
第7行:伪指令AREA,表示
第8行:标号__heap_base,表示堆空间起始地址。
第9行:开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。
第10行:标号__heap_limit,表示堆空间结束地址。% |, K6 r1 M- J9 @; E5 w# J" m
第11行:告诉编译器使用THUMB指令集。
第12行:告诉编译器以8字节对齐。5 W P" w+ q U4 a; E9 j
第13—81行:IMPORT指令,指示后续符号是在外部文件定义的(类似C语言中的全局变量声明),而下文可能会使用到这些符号。
第82行:定义只读数据段,实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000) ^: m; D& z; ^7 E% e
第83行:将标号__Vectors声明为全局标号,这样外部文件就可以使用这个标号。
第84行:标号__Vectors,表示中断向量表入口地址。
第85—160行:建立中断向量表。
第161行:
第162行:复位中断服务程序,PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。
第163行:声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性,这样外部文件就可以调用此复位中断服务。* F) x" N# E- ?2 V5 k8 E
第164行:IF…ENDIF为预编译结构,判断是否使用外部SRAM,在第1行中已定义为“不使用”。
第165—201行:此部分代码的作用是设置FSMC总线以支持SRAM,因不使用外部SRAM因此此部分代码不会被编译。
第202行:声明__main标号。* d2 ^$ e* g# ], ]/ |
第203—204行:跳转__main地址执行。
第207行:IF…ELSE…ENDIF结构,判断是否使用DEF:__MICROLIB(此处为不使用)。
第208—210行:若使用DEF:__MICROLIB,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使用。- `/ y/ I/ e( i+ Z% j( m
第212行:定义全局标号__use_two_region_memory。' a2 S5 d/ h7 @3 q
第213行:声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。+ j* E' `" F6 }2 O- Z9 w6 z5 m
第214行:标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化程序入口。- N- {, B2 n0 ?6 {& l6 }- ]
第215—218行:分别保存栈顶指针和栈大小,堆始地址和堆大小至R0,R1,R2,R3寄存器。; N! I. J7 B7 P/ j+ b
第224行:程序完毕。
以上便是STM32的启动代码的完整解析,接下来对几个小地方做解释:
1、 AREA指令:伪指令,用于定义代码段或数据段,后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“READONLY”或者“READWRITE”,其中“READONLY”表示该段为只读属性,联系到STM32的内部存储介质,可知具有只读属性的段保存于FLASH区,即0x8000000地址后。而“READONLY”表示该段为“可读写”属性,可知“可读写”段保存于SRAM区,即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道,堆栈段位于SRAM空间。从第82行可知,中断向量表放置与FLASH区,而这也是整片启动代码中最先被放进FLASH区的数据。因此可以得到一条重要的信息:0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp,0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler(STM32使用32位总线,因此存储空间为4字节对齐)。0 U4 w( I' ~! ^* `& O$ }
2、 DCD指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于C语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用C语言定义了一个指针数组,其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数。
3、 标号:前文多处使用了“标号”一词。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。
4、 第202行中的__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址,因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行C程序。__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(对于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的),并初始化映像文件,最后跳转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++标准实时库所规定的——并且不能更改,因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数,开始执行C程序了。
至此可以总结一下STM32的启动文件和启动过程。首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬C/C++标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到C的世界。