1.MCU 代码如何启动
首先我们需要澄清一个问题，什么是 Startup Code，什么是 Bootloader？因为总看到有同学混用这两个概念。

Bootloader 可以译为引导程序。早期的单片机是没有 Bootloader 这种概念的。如大家熟悉的 MCS51，最初芯片内是不能存储代码的，需要外挂EPROM，就是下面这种带个小玻璃窗的存储器。擦除 EPROM 中的代码需要用紫外线照射几分钟才行。

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% m# `% x% C9 ?* |% [% I
后来出现了 Flash 这种可电擦写的存储器，并集成在了单片机内部。但出厂的时候单片机的程序存储区仍然是空白的，没有任何代码。用户编译程序后，下载到单片机后才能运行。那么在产品发给用户后，如果发现有Bug怎么办呢？就得用编程器把新代码重新下载一次。这实在是有点儿麻烦，特别是如果客户距离很远的话。于是有聪明的程序猿想了一个办法，写一小段特殊的代码放在程序里，这段代码可以通过一定方式，比如用按键触发进入运行，它可以通过串口(早期的 PC 串口是标配)接收新的代码并写入Flash，从而在没有硬件编程器的情况下也能完成代码的更新。
1 R, O. G" `; c3 S' m! I4 ^' I
/ w' ?, ?+ U0 T! `4 }6 ?, v 程序猿们也是现代历史前进的重要推动力啊！
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后来，有芯片厂商把这种代码在出厂时就固化在芯片里，极大的方便了代码下载和程序更新。STM32F030内部就固化了Bootloader。当我们把一个引脚 BOOT0 拉高的同时，重新给芯片上电或复位，就会触发Boootloader进入运行。此时我们通过单片机的串口就可以把新程序发送给单片机，发送完后把 BOOT0 拉低，再复位单片机，新程序就会运行起来。
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Startup Code 可以译为启动代码。单片机上电或复位后最先执行的一段代码。一般主要会完成堆栈指针的设置，复位向量的获取和加载，然后初始化变量，最后跳转到用户代码。在详细看启动代码之前，我们先看一下 STM32F030 的内存映射。
1 V& S3 V4 A) i9 O. }; p
2.STM32F030内存映射(Memory Map)
& @9 s0 G9 a/ ]  E下面是 STM32F030 的内存映射，其它芯片会因为 Flash，SRAM 空间大小不同而略有不同。
6 P! j6 e, V) ?! U9 n! F: W
9 R5 m# L1 b; k8 `  X+ i6 S

/ M1 a6 V' ^9 V; R% K4 Y
因为是32位机，所以可寻址从 0x0000_0000 到 0xFFFF_FFFF 的总共 4G 空间。

. l, A: ~3 Y2 R, G7 d- b这是采用32位机的好处，地址空间足够用。不像8位或16位机，很容易出现地址空间不够用，动不动就需要用 Page 来间接寻址。
( Z1 G, A2 N" G4 x; R% f; J3 b
我们从低地址到高地址逐段看一下：
" k9 D: C1 |' |
0x0000 0000 Virtual memory
. u" q, K4 g( Z' Z% m
这段地址空间,会因为不同的 BOOT 模式而映射到不同的物理内存。

/ ]7 N; ~2 r* I/ U0 n4 T* J当芯片复位，或从 Standby 低功耗模式唤醒时：

如果引脚 BOOT0 是被拉低的，将映射到 Flash memory。这是最常用的代码运行模式；
3 D: `# V/ _- T# Z" C
/ P1 m2 H' _& i, ]. }如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 1 ，将映射到 System memory。进入bootloader模式；

如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 0 ，将映射到 SRAM。

) ^# n+ I! B) b) ~' h注：nBOOT1 为Flash寄存器中的一位，用户何以设置。

0x0800 0000 Flash memory
存放用户代码
* k0 c" U. Q+ \' D# L, k
3 U' X! F* Q. X% B: Q1 V0x1FFF EC00 System memory
4 f* p2 g6 U; T存放 bootloader, 片内集成温度传感器的校正数据，和片内集成电压参考的校正数据
这些代码和数据是在工厂固化好的。

0x2000 0000 SRAM
- c0 m+ t$ i8 ]2 A& v0 s/ [存放用户变量，堆(Heap)和栈(Stack)。也可以把代码加载到 SRAM 运行。

0x4000 0000 Pheriperals
, R  y, h$ N. o% f5 f芯片集成的外设，如 USART, SPI, GPIO等的寄存器地址在这一区域。
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3 U6 C' v6 x, }5 |" z0 y7 A0xE000 0000 Cortex-M0 internal pheriperals
M0内核的外设映射到此区域。如 systick (System Tick)，NVIC，Debug Registers。这些寄存器在芯片手册里是查不到的，需要到 ARM 的手册里查找。

3. 启动代码(Startup Code)
0 q' G8 u; K9 P9 k' W7 E我们还是以下面这个最简单的GPIO翻转代码为例：
STM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\
- v7 I, W9 [5 s! F5 e. \- cExamples\GPIO\GPIO_IOToggle\MDK-ARM\Project.uvprojx
6 d% K) o2 C1 F$ [  j  R3 h把此工程下载到单片机后，用调试器观察下面两个地址的内容：
我们会发现0x0000_0000开始的区域, 和0x0800_0000开始的区域，内容完全相同。这说明Flash 区的内容映射到了 0x0000_0000起始的这一段地址区域。

, H! u# K9 s! r+ V5 A2 z% P4 {  y
注意STM32F030使用的是小端模式(Litlle Edian)。

不同于 MCS51 在 0x0000 放的是复位向量，STM32F030 还有其它 ARM 芯片在零地址存放的是初始堆栈指针地址。

0x0000 0000: (0x2000 0428) 初始堆栈指针
( }& q: s' g. J/ \7 p: M2 a/ i7 @
0x0000 0004: (0x0800 00C9) 复位向量，上电或复位后最先加载入PC

2 r$ j- F2 ~$ R# y注：单片机上电或复位后，堆栈指针初始化和 PC 初始值的加载总是从地址 0x0000_0000,0x0000_0004获取。在上面这种用户模式下，实际是从 Flash 区的 0x0800_0000,0x0800_0004 获取的。

2 k0 q2 D( |4 F( d) N我们可以通过调试器观察一下芯片复位后 M0 内核的寄存器：
. q/ e9 }2 b9 A$ u  F

细心的同学这时可能发现了一个问题。
: @/ S4 t4 e' u) Y
; _9 p$ z, |9 f& `9 X0 Z: m堆栈指针 SP 的内容和前面存储器中的内容是对的上的。但是 PC 里的内容好像对不上啊？PC 里的值是 0x0800_00C8,存储器里明明是 0x0800_00C9 啊！

这里牵涉到了 ARM 体系里的两种工作状态 ARM 和 Thumb。ARM 状态下执行32位指令，Thumb状态下执行16位指令。那么如何在这两者之间切换呢，一个方法就是靠跳转地址的最低位(Bit0), 当 Bit0 设为 1 时进入 Thumb 状态，当 Bit0 设为 0 时进入 ARM 状态。
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对于单片机来说，16位的 Thumb 指令就足够了，而且16位指令比32位指令能节省存储器空间。所以 M0 内核只支持 Thumb 指令。
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: w# X, g9 y! I. |' z& c: b* }到这里我们就可以理解复位向量为什么是 0x0800_00C9 了。

接下来我们来看复位向量 0x0800_00C8 指向的第一条指令：
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0 J# o! g, R1 F" m1 `* f

9 O' |/ Y, W' l+ k$ r
7 X# n% x+ m' B- y/ O4 s. ?! l
& R/ ?8 H& L9 ?4 j3 b
单片机将要执行的第一条指令 0x4804，这是什么意思呢？
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先说结论：它就是下图中，单片机复位后光标指向的这条指令：

; G3 P9 g5 L  ]' Y. b$ a- gLDR     R0, =SystemInit
, Q1 ]1 d. D% G+ h
! r+ v/ S* u* N3 j- X. c

% S2 K8 q& S  i* I/ I2 u/ z  c
" u. c* u) [& e9 K+ L. g在这里详细解释一下 0x4804 这条指令：

+ M: Y0 h" j9 ^( H3 i6 \0 A它对应的机器码是 0100100000000100

3 ^6 t) U" ^) C/ f9 y- }* oBit15 to Bit11 (01001)为LDR(literal)指令，既从PC偏移地址取数据送至寄存器Rt。

4 I1 ^, c  \& g- \Bit10 to Bit8  (000)表明目的寄存器Rt为 R0
/ s8 K" |$ s# B- y2 P
$ p0 `% Q2 M$ |+ RBit7 to Bit0  (00000100)表明相对于 PC 的偏移量为 0b10000,既0x10。

注意PC的值是当前地址+4。
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那么从 0x080000C8 + 0x4 + 0x10 = 0x080000DC 取出数据 0x0800092D 送至寄存器 R0。此地址是 SystemInit( )函数的地址。下一条语句 BLX R0 就是调用此系统初始化函数。
+ j4 Y8 v) v: A: C$ ~+ I1 F+ p
SystemInit( ) 这个函数在 system_stm32f0xx.c 这个文件里，主要完成系统时钟的初始化。可以点进去看一下具体的内容。

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函数 SystemInit( ) 执行完之后，程序跳转回来，取得 __main( ) 函数的地址，跳转到 __main() 函数执行。需要注意，这个函数不是我们用户代码里的 main( ) 函数。
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__main() 函数是 Keil 的库提供的，我们看不到代码，它主要完成变量的初始化。这里不用太纠结，如果想进一步深究可以看一下 ARM Compiler User Guide 的 Reset and initialization 这一节。
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# m0 j2 r/ S& ~% T__main() 函数执行完，基本工作就做完了，这才跳转到用户代码的 main( ) 函数。
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