【经验分享】详解STM32启动文件

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STMCU小助手发布时间：2021-11-7 14:58

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文章简介:	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。

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。

启动文件使用的ARM汇编指令汇总

Stack——栈

Stack_Size EQU 0x00000400
: N0 X; g" q' `( W$ b4 e
: u h$ K. G' C8 j! R
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=* ^5 a0 [* F8 k; Q; y, H8 u
Stack_Mem SPACE Stack_Size# c3 y$ t+ G7 H; A
__initial_sp

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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，类似于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。

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。

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 <div>THUMB</div>

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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。关于堆栈的文章：关于C语言堆栈的经典讲解。

向量表

AREA RESET, DATA, READONLY( B# ?) l+ b9 d% {+ H( Y7 A
EXPORT __Vectors
B& z1 V5 m/ S& Y2 E: ~; S) V
EXPORT __Vectors_End8 x' D/ Z; r7 A8 P! R* x3 {
EXPORT __Vectors_Size

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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。

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。下图是F103的向量表。

__Vectors DCD __initial_sp ;栈顶地址
3 |! l& ^- S4 @7 x
DCD Reset_Handler ;复位程序地址
* s- V0 P/ W6 E! ?" `
DCD NMI_Handler/ [( g( M9 u' t3 Y' z3 p- F
DCD HardFault_Handler7 A$ u! ~& m% m. e8 r' z6 _# [( e
DCD MemManage_Handler& n8 A% Q. c1 S1 h
DCD BusFault_Handler
, [# Q8 g1 O+ \ W" f { X7 W6 C
DCD UsageFault_Handler" ?! o2 g" g9 i) Y* f' { m4 d# u
DCD 0 ; 0 表示保留7 E# O0 T/ ? {( k) d2 D8 ^
DCD 0, @9 s! `" A2 Z
DCD 0
( Z2 _& e; y3 {' V9 f) R4 V
DCD 0, q6 l3 |8 u" B( X( C
DCD SVC_Handler/ O) ~: V2 o1 z! C/ v" k9 L) R
DCD DebugMon_Handler% E# l1 B4 _$ U i
DCD 0
. O( X9 u. E1 v0 C
DCD PendSV_Handler+ t0 J4 `. y$ X
DCD SysTick_Handler
; k: e$ f* D, c5 x8 v/ p9 J
;外部中断开始
+ f$ [# J$ j2 V0 ]: T( S
DCD WWDG_IRQHandler
' J7 w d0 p; D1 u ^' V
DCD PVD_IRQHandler
) M, [% g( ~: O/ z6 A
DCD TAMPER_IRQHandler$ O# u3 K* d: i
;限于篇幅，中间代码省略' z$ _' L. ?' \& d
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler
; u& G9 j5 m) c+ }: r: {- t
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler
% q1 s" e9 G% [6 Z# N
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler, G9 e/ \8 C9 n# o, Z) Q' A3 \. d) _
__Vectors_End
; @% e$ t( D, T {! z8 L( g8 T+ m
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

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__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。

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

AREA |.text|, CODE, READONLY

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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。

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。

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：

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。

NMI_Handler PROC ;系统异常
; N3 b0 I; ?/ b6 ]1 t
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
6 f5 _8 ~0 W. {: I
B .
- X+ b, ]- a8 Q
ENDP
/ T }$ q8 M! g- m9 n; {* t
;限于篇幅，中间代码省略
& O2 J& u5 {) Z5 u
SysTick_Handler PROC
% d0 S2 \' E8 O; U
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
" V7 b+ h/ P# k0 I1 l! C) j
B .
; l6 w" L X3 C- i" P/ c
ENDP6 f: Y* G8 O+ h+ P" Q
Default_Handler PROC ;外部中断
6 x% K4 B9 R1 J3 F
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]% R+ K4 t2 e. d% B4 M0 S0 W2 M8 H- @
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK], B1 F' n( T) g7 `" r" L
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
+ y! C3 T; |6 ?- O) h
;限于篇幅，中间代码省略4 [3 ?3 H e& Y, h. D
LTDC_IRQHandler
) q% \* I3 B& I9 x+ {4 t* S
LTDC_ER_IRQHandler0 O# O, h! x9 d5 m& S+ g4 x1 e
DMA2D_IRQHandler
8 `0 l) J& F/ c3 c& l, H" y O8 T& N
B .
. H7 ]0 N& d( q r4 r
ENDP

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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

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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。

;用户栈和堆初始化,由 C 库函数_main 来完成
9 H7 }4 t/ l( } f+ x, S
IF :DEF:__MICROLIB ;这个宏在 KEIL 里面开启1 W2 S1 U) r" N* n: n# V+ ]
EXPORT __initial_sp; u, g; P# Z* `
EXPORT __heap_base3 t* G9 `: m& c q( x
EXPORT __heap_limit5 u& s+ g( B8 x$ Q
ELSE
: g( n" d1 V0 Y% S4 _) X
IMPORT __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现
6 u9 ? h1 W( j: C0 D
EXPORT __user_initial_stackheap
1 l/ K3 [' K+ ]
__user_initial_stackheap
3 D+ [! ]- x, T
LDR R0, = Heap_Mem, m6 G8 }; g3 X/ G9 f8 `: A3 C
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)# ~: y9 }7 r1 G& j
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
5 `' U5 v5 Q8 Y& |6 T% H
LDR R3, = Stack_Mem" }4 |, S, O9 j9 H" J) L& [- ]
BX LR
* m0 K$ z* @% b3 Q
ALIGN0 [0 }' H5 [6 `3 W: A) J
ENDIF
3 C' q) U1 J. r E/ [3 A
END

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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，具体见下图。然后堆栈的初始化就由 C 库函数_main 来完成。