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详解STM32启动文件

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STMCU小助手 发布时间:2021-7-27 10:44
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。
' f: H3 ~. I. Z启动文件使用的ARM汇编指令汇总/ F5 I! v6 t, Z  [% K! V4 N$ f
1.jpg ; I5 @* H% S$ s: f

. Q1 a6 |2 V  c0 S
7 `5 p0 b# C7 D! N/ E+ m
Stack——栈
" a3 n; ]: p0 {0 W+ H
  1. <font face="微软雅黑" size="3">Stack_Size EQU 0x00000400* h+ A+ Q; t3 Z0 t1 ^% ~
  2. : ]. J" f$ p" X& X* r- V/ U
  3. AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=) d& `6 F3 G4 A/ h. D2 ]! H
  4. Stack_Mem SPACE Stack_Size' _# P+ k4 h$ ]9 F% z. q( {
  5. __initial_sp</font>
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。
: O  j+ R! r1 S/ N; u    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。9 ^( \1 k7 F+ F+ E! s) h
    EQU:宏定义的伪指令,相当于等于,类似于C 中的 define。  p- l+ |2 H6 d0 G1 u. G% w
    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。
6 c& S) o. t, y1 k    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。& |# F, R" L, w% v$ P% m  K* Z, t
    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。* X  D) a1 h+ m% L: T* i

, b# D9 a0 ]" Q+ x, ?
7 w5 }2 t9 C$ L

6 Q: Y* ], g3 ^0 U" ]5 Y
( v* T8 n# P- d: K
Heap——堆
+ _: F" C& ]. a* C. Z$ R 2.jpg : m1 ]$ P5 X* m
    7 O5 C2 ]  C2 B
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。
: C. f4 e( B2 t& i0 |; Z+ e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。5 E9 v: Y# G  _0 X% f$ y
  1. <font face="微软雅黑" size="3"> PRESERVE8
    5 ]/ Z( `$ ]$ C1 `/ a2 v
  2. THUMB</font>
复制代码
PRESERVE8:指定当前文件的堆栈按照 8 字节对齐。
7 r& V) w) P) ^+ K6 V! S/ _    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。
' U7 G0 G# F. D2 t8 \3 R7 l5 \/ M' y  d

& n% Z( @/ a8 g2 l) |8 F9 w* ?向量表7 V. @4 U9 l- T" J+ U
  1. <font face="微软雅黑" size="3">AREA RESET, DATA, READONLY
    ! N. b- F3 T3 ~7 Q
  2. EXPORT __Vectors3 e6 V0 d( ]5 D/ n/ p. ~
  3. EXPORT __Vectors_End
    , `/ @# T" l5 x
  4. EXPORT __Vectors_Size</font>
复制代码
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。+ I3 z1 u2 E. o  q' i) l! Z
    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。
: w0 c  L5 ^2 @0 N/ I( s# g    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。
: H) O" b9 R$ o/ n) q+ b 2.png
& O) k; w0 I% k2 S1 o4 G: K4 Y9 A* R
  1. <font face="微软雅黑" size="3">__Vectors DCD __initial_sp ;栈顶地址% }  ]: ~& F5 Z! K) Y
  2. DCD Reset_Handler ;复位程序地址% y) c7 F% W# d4 N& b1 _0 G5 l% ~
  3. DCD NMI_Handler
    ! Z4 O: n- d! c8 c  s8 E
  4. DCD HardFault_Handler
    8 ?. Y2 s. I* C$ Z
  5. DCD MemManage_Handler
    ' C, J  g; C3 Q/ }; c6 R# j2 z
  6. DCD BusFault_Handler
    : s% F! b8 q: q  i9 q
  7. DCD UsageFault_Handler& F' C- U$ C1 J0 V
  8. DCD 0 ; 0 表示保留& A% d( ?9 y5 w- V$ W5 g( C
  9. DCD 0  o# K: L1 w1 e% i$ }
  10. DCD 0
    & n" \% F! v( [9 D! ]/ |: |
  11. DCD 07 R% D( p* Q& I8 x, c
  12. DCD SVC_Handler
    % P! v2 u& V( F; J: ]
  13. DCD DebugMon_Handler# S+ R; l9 {1 |. j" H
  14. DCD 0
      b; b7 b( c4 b- [8 K1 o
  15. DCD PendSV_Handler
    2 X; @2 b* X! e: F$ w( ]$ m) l
  16. DCD SysTick_Handler
    & `, h7 Q9 K9 r6 j
  17. ;外部中断开始
    9 N6 I- T  |9 O- Z/ l5 V! x; k0 w
  18. DCD WWDG_IRQHandler4 p% F3 w* Y! m3 {9 t! X4 A& j. j
  19. DCD PVD_IRQHandler5 X& |! k# ^& v) }6 r' {
  20. DCD TAMPER_IRQHandler3 b5 Q5 D" `, W9 t8 e6 |0 Z0 W
  21. ;限于篇幅,中间代码省略! |  w& Z* J' j; O1 M) Y% l2 o3 S
  22. DCD DMA2_Channel2_IRQHandler
    3 T6 ^! l- q- X
  23. DCD DMA2_Channel3_IRQHandler: Q: h& s- R$ j( R# q/ i
  24. DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler
    6 f# T) p( H6 t8 U& ]2 d- G5 a
  25. __Vectors_End9 [" b7 N$ o8 _) z$ M$ b; k
  26. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
    + N) I3 h) b) O, ~8 R/ U. ^& i
  27. </font>
复制代码
__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。
6 ?. y6 a8 n# j: N6 f4 M    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。
2 m9 l# H  T, ?, M$ [  \* t, `    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。
& b+ R4 w6 e8 f4 O% P6 }4 L$ q
) h( T! j2 h5 R* X. Y( Y" k  V. V
: B7 ^2 L% {6 N$ h% `3 o
复位程序
! K& S' x- H7 |5 }; a- Y6 e
  1. <font face="微软雅黑" size="3">AREA |.text|, CODE, READONLY</font>
复制代码
定义一个名称为.text 的代码段,可读。
5 }% Y8 }3 ]' c3 }: d 3.jpg
3 e3 l  ~% W' a  a$ i    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。
" [/ C) Y" R: H    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。
+ B& A) u$ K; z1 r% p    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。( B2 X  a  U% c
    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。2 M9 Q2 N$ o3 Q+ W
     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:
9 I$ Y1 l6 R: X: B( R 4.jpg 8 a9 O) E$ G) {% `9 o4 X

- k3 Y/ g. ^; a* C( J: n$ {中断服务程序+ g6 y, Z- O) e6 V1 m
    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。4 `2 @0 \- y% ]# _7 S
    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。: Z5 ]# Y- Z: k
  1. <font face="微软雅黑" size="3">NMI_Handler PROC ;系统异常5 o) o% e5 f$ d  P% w1 w
  2. EXPORT NMI_Handler [WEAK]+ M' q. g6 X2 ?' Y4 M, b
  3. B .+ h& D, G6 m$ C0 d+ a$ \$ ^2 g
  4. ENDP
    8 {" X3 c* E1 D, M" l& o& N
  5. ;限于篇幅,中间代码省略' a0 [0 \/ O! n" e  X& f
  6. SysTick_Handler PROC
    & n4 ?, W5 X7 _' r  A2 b" U
  7. EXPORT SysTick_Handler [WEAK]7 u) `4 L7 N1 h! Q( k6 J
  8. B .
    3 M9 Z1 I& e# h/ l+ ^2 n$ d/ ]+ [$ O
  9. ENDP
    9 e0 q1 s% m( c1 `
  10. Default_Handler PROC ;外部中断
    9 `- I: A$ x7 L7 K5 }0 b
  11. EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
    , B& J6 `5 W0 b
  12. EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
    : E* j: u3 F0 x7 ^1 N
  13. EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
    * t, s$ a8 W4 x% v
  14. ;限于篇幅,中间代码省略
    0 w( Q1 v9 E5 @$ M
  15. LTDC_IRQHandler, j" D0 N3 n+ \# m
  16. LTDC_ER_IRQHandler
    1 j4 V3 a' h' l' b8 `
  17. DMA2D_IRQHandler. ]0 p% T6 {  q, `
  18. B .
    + X1 u5 j9 ^7 A, _% x' r4 d
  19. ENDP</font>
复制代码
B:跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’,即表示无线循环
1 v" ^: Q+ S& v4 Y  p4 L  V- N用户堆栈初始化6 K( J4 {7 H, W# o: b# ^6 b
  1. <font face="微软雅黑" size="3">ALIGN</font>
复制代码
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。
( m% y6 E! U" V# e* w$ @2 M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 15-2。然后堆栈的初始化就由 C 库函数_main 来完成。$ |9 l; V" f( h5 `+ i% v
5.jpg
. r; q/ e7 S9 F( D! P: _; e1 H* ~    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。
( q) _# u+ X) N4 W    IF,ELSE,ENDIF:汇编的条件分支语句,跟 C 语言的 if ,else 类似
: t( F% e$ }! @  y0 G) J5 X$ W2 r) B; N( x- R
    END:文件结束0 D4 J1 J+ }9 x- n+ O, ~
% K* p" Z, D+ t# G- ~
% Q7 a! h9 x) [% ~# m4 K
8 l# d& f9 W, {3 r" s
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