【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
: k5 j4 r1 k( y6 K1 m* g
. R6 v. B( I: g' h+ h' B
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
) s& U0 O8 c; g
Stack_Mem SPACE Stack_Size$ J1 i0 G' K+ N, G- y/ r6 ~
__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
& [8 x3 g9 |. j" i, J
EXPORT __Vectors
6 h3 G- j$ T: i
EXPORT __Vectors_End+ z- ]' N7 t: m: U' X! I
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
, y# N! o0 ^ S+ U; u
DCD Reset_Handler ;复位程序地址
9 P! i6 ~5 g j. \% I! f4 ~7 V
DCD NMI_Handler
" T; B/ a g5 r0 u
DCD HardFault_Handler
, G' H$ K4 W+ ]2 b) G/ j
DCD MemManage_Handler
! Y" }. P* J, R
DCD BusFault_Handler5 ]! ^+ [: i' f7 o& v) [" k
DCD UsageFault_Handler
$ w1 Q1 [. s' ?# D0 n
DCD 0 ; 0 表示保留
2 Z3 D* ~) T7 H5 A
DCD 0
$ P# f% q' h9 O" b
DCD 0$ v5 o+ ^ L3 f9 J
DCD 0
: S) J3 R& n4 Z! `8 |. ]3 a
DCD SVC_Handler' k: H$ G0 K7 J9 I2 o: _% F8 K+ Y
DCD DebugMon_Handler" s; G. \5 q4 k' {% e8 M% p' O" ]
DCD 0
! E% T; V x0 x, E' x9 E v
DCD PendSV_Handler: e$ F7 z# Y9 z( c
DCD SysTick_Handler) C& [$ i. A( ^
;外部中断开始
/ w: {" v+ l) w1 y) C4 L
DCD WWDG_IRQHandler& K9 r8 U5 F4 z. T# `' n$ C$ Y
DCD PVD_IRQHandler. a% r+ M$ q) t5 |# ^) I
DCD TAMPER_IRQHandler) p6 y# X( U4 Y5 k1 A) k
;限于篇幅，中间代码省略- W9 K0 ]. l- k/ G3 X
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler: }9 K6 J/ |* _% N& ~7 D) E
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler
J8 g3 _8 I" E) B4 G# S
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler
T. E9 j: S" y& F
__Vectors_End
" c9 B) R* h6 t2 K" o' t5 n% y
__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
7 Q, J/ N8 B2 j+ o! T( E l# U
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
) }. W0 l( I6 N+ r$ u1 {6 P, B
B .7 z1 i# p0 N) | P/ j# k" m Z
ENDP9 a" b8 D. u- `
;限于篇幅，中间代码省略
2 l: G. t$ o& t s
SysTick_Handler PROC9 q' d, T4 w& U ]9 X
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]% z" @2 ~; N: ?4 ]! \9 M2 o
B . |3 I6 b, E/ G# `: v
ENDP6 b, r" f& X/ h6 n
Default_Handler PROC ;外部中断( R0 g0 t, l7 J. ?
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]4 ^' O$ j3 z3 f) O- o- s
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]2 d0 R) m, r; X* g) n. e2 Z
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]7 V- w% `+ G) l6 o. o) w* {
;限于篇幅，中间代码省略7 M \" x8 S- R
LTDC_IRQHandler
8 q3 {* y0 o$ v+ a$ L
LTDC_ER_IRQHandler
% \ T# s( L: z
DMA2D_IRQHandler$ l7 @+ T0 F1 l
B .2 v: U: L% S: V5 d- p* h' d
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
m! j6 m: y8 m Y9 L/ N
IF :DEF:__MICROLIB ;这个宏在 KEIL 里面开启5 o- A8 y- C& Q* t0 R
EXPORT __initial_sp
) _( M/ x. x' y* X; s
EXPORT __heap_base
' m& `$ x# q5 T" J
EXPORT __heap_limit# j/ w: Z6 v& p6 l4 p1 N
ELSE' w1 C0 ]; A8 ~' N3 P/ _. L; ^8 H
IMPORT __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现! n7 A. S3 x5 I7 h; y0 S
EXPORT __user_initial_stackheap, d) F) A0 {1 v2 F5 a+ Z
__user_initial_stackheap) U j# v) X7 K) ?$ L
LDR R0, = Heap_Mem' r8 C0 C5 F6 u& j+ l
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
- x3 e# D" s1 ?9 {/ Z* `+ Y8 _
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)2 d, c5 i, E* h' {. b- S/ u
LDR R3, = Stack_Mem
( s q) c- P% C& r4 X
BX LR
7 ]7 G( z5 x) H, w3 C6 U) u- U. W! @
ALIGN+ H- E9 v$ @+ u7 \. i
ENDIF
/ i- U+ X9 ?" `' ?
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。