最近公司开发的一个项目使用到STM32H7系列芯片，由于该系列芯片内部flash只有128k，为了方便产品的远程升级，需要开发对应的升级协议及bootloader引导程序。由于片内flash容量不够，需要采用外挂flash的方式存储应用程序，片内flash单纯作为bootloader引导程序存储空间。为了节省成本采用单QSPI flash外挂BANK2作为应用程序外部存储。

& C; h3 n- A& A
1.STM32H7启动流程
5 k( F/ J, F+ y6 u( ]# c3 xIAR工程建立后，系统默认生成的启动文件为startup_stm32h750xx.s，默认生成工程一般在EWARM目录下

1. 
   ) K8 p5 @, L& E
2.         MODULE  ?cstartup
   4 M" {( u6 J5 P3 y3 A8 N
3. 
   1 Z; q! d2 j# H7 l3 c( }+ _$ r
4.         ;; Forward declaration of sections.
   
5.         SECTION CSTACK:DATA:NOROOT(3)
   8 U' a/ d' ?: g6 W/ @
6. 
   
7.         SECTION .intvec:CODE:NOROOT(2)
   
8. 
   
9.         EXTERN  __iar_program_start
   0 p4 R+ L8 _2 s4 _- [& D
10.         EXTERN  SystemInit
    
11.         PUBLIC  __vector_table
    + p1 h) y; |( ]% L1 v) b
12. 
    
13.         DATA
    ) i% `2 X" f: j2 k9 l: L3 ]  M
14. __vector_table
    ' e; _8 w; E- ?* @2 d/ p* s
15.         DCD     sfe(CSTACK)
    
16.         DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler
    7 {( k% m- O; Z+ i
17. 
    
18.         DCD     NMI_Handler                       ; NMI Handler

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定义了一个 CSTACK 的段，然后在启动代码中先声明这个段
4 o# p- ?& z# q1 ?
/ F" S- F4 ~; \定义 .intvec 段，中断向量独立在一个叫 .intvec 的段当中，这个段是 4字节对齐（2^2）所以用 DATA 来首先处理向量的入口地址为 4的倍数，然后放向量表

DATA 进入DATA模式

9 F' @7 h! x9 O+ T) L& U6 l, JDCD sfe(CSTACK) 通过 SFE 运算得到改段的结束地址(注意这个运算是在link的时候完成，链接文件为xxxx.icf,比如：stm32h750xx_flash.icf)

4 C, `. m0 _! u- k" x) ]& [( y文件剩下为定义中断向量表。

' M7 @) r% Y$ N, ~0 `

1. ;; Default interrupt handlers.
   * N. ~, T0 l) P2 S% _/ p* x
2. ;;
   8 g) h- Q2 |2 J8 `5 \5 Y
3.         THUMB
   ' ^& O: X- x4 h, Z: z
4.         PUBWEAK Reset_Handler
   . u/ W; i) d# e8 G( I
5.         SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(2)
   4 Q% [  d9 A# d3 b/ _7 Q& t1 C
6. Reset_Handler
   1 R( ~; H+ ]" k+ n3 R
7. 
   + `" R& J, `( h- E5 ]$ Q
8.         LDR     R0, =SystemInit
   3 X; E$ k* I" l
9.         BLX     R0
   
10.         LDR     R0, =__iar_program_start
    7 W% |$ e# m& m; q5 M
11.         BX      R0
    " [9 h( F* x( f4 C" I  g
12. 
    
13.         PUBWEAK NMI_Handler
    - ^: g  Q" _, s0 ]7 M: O
14.         SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(1)

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THUMB 进入THUMB模式（THUMB-2指令集）

9 x, v" m$ e4 O% J" Q( C8 i启动文件先使用PUBWEAK 指令声明Reset_Handler为弱定义
% f1 k7 I; R" Q3 f3 l2 }$ V5 j
& }  H1 T! p1 Y/ e$ c0 ^SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(2) 从.text段开始

LDR R0, =SystemInit 将SystemInit指针地址赋值给R0
5 d6 M! G! {$ l: c7 [. B
SystemInit 函数一般由STM32 库提供，对于STM32 HAL库，该函数一般位于system_stm32h7xx.c文件中

1. void SystemInit (void)
   ! [2 r9 R: a7 n2 t2 W
2. {
   
3. #if defined (DATA_IN_D2_SRAM)
   " |1 E" K- K1 A) Z. d
4. __IO uint32_t tmpreg;
   4 ~  l$ J) {* `. |, _+ L
5. #endif /* DATA_IN_D2_SRAM */
   8 T' q+ V8 U2 h1 u0 I! y( E( ^
6. 
   
7.   /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
   
8.   #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
     `4 d* A4 y3 N, S: Q; _( H
9.     SCB->CPACR |= ((3UL << (10*2))|(3UL << (11*2)));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
   7 v& J- B* j# w$ n0 d9 ~
10.   #endif
    
11.   /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
    
12.   /* Set HSION bit */
      P% l4 y+ R0 n+ I: G; v' c3 }9 c
13.   RCC->CR |= RCC_CR_HSION;
    ) d1 z/ A3 j- N3 Q
14. 
    
15.   /* Reset CFGR register */
    0 y8 e. @' [+ `! B: Q
16.   RCC->CFGR = 0x00000000;
    9 z2 x, o- l$ r0 \; z
17. ......
    
18.   /* Configure the Vector Table location add offset address for cortex-M7 ------------------*/
    # q) p3 [( _1 B6 E
19. #ifdef VECT_TAB_SRAM
    
20.   SCB->VTOR = D1_AXISRAM_BASE  | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal AXI-RAM */
    
21. #else
    
22.   SCB->VTOR = FLASH_BANK1_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
    
23. #endif
    - R- k% U8 f/ ]7 h: _3 G" T, l
24. 
    
25. #endif /*DUAL_CORE && CORE_CM4*/
    # H+ g- i1 o; w# ^& v  S3 K) j# m
26. 
    
27. }

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SystemInit 函数完成系统时钟、RAM、中断向量表地址的初始化。
) I% H  J+ g3 B4 f

1. BLX     R0 跳转到*R0*中的地址，执行SystemInit 并返回

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1. LDR     R0, =__iar_program_start //将__iar_program_start地址赋值给R0

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__iar_program_start 函数一般都IAR系统提供，,我们可以在IAR工程中Option进行修改

如果想具体了解__iar_program_start干了那些事情，可以参考《在main()之前，IAR都做了啥？》
6 u1 ]- [$ a' ^8 k5 ^& u* I0 Y
5 s, c+ C$ }2 K: r( N' S8 ?启动文件主要完成如下工作，即程序执行过程：

- 设置堆栈指针SP = __initial_sp。
" e+ z) B6 ]% }& r; E8 M1 i0 n
- 设置PC指针 = Reset_Handler。
* _  Q5 ?+ p# [5 n. D) K/ h
' r- I8 p7 V1 S1 t- 设置中断向量表。
' q/ [- ~! o& B- ^
- 配置系统时钟。

0 p  n; z0 E& r# {& m6 y( t- 配置外部SRAM/SDRAM用于程序变量等数据存储（这是可选的）。
  Y9 b8 r. O9 l; B  M4 }/ _- }
- 跳转到C库中的 __main ，最终会调用用户程序的main()函数。
; X0 z3 R& G& D6 ~" R
3 O$ z) Y0 v- j9 H+ O  N5 |/ ^$ i1 v; ^2.XIP技术
! Y' w, O4 J* e' t: m4 eXIP，executed in place，本地执行。操作系统采用这种系统，可以不用将内核或执行代码拷贝到内存，而直接在代码的存储空间直接运行。采用这样的技术既可以节省可用内存又可以减少加载的时间。应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。flash内执行是指nor flash 不需要初始化，可以直接在flash内执行代码。但往往只执行部分代码，比如初始化RAM.比如在arm处理器中，Nor flash就存放了引导系统启动的Bootloader，不过大小比较小（仅2M空间）。

/ |% o, l7 m  x% E7 w但是，Flash的存储器访问周期要比RAM大得多，在使用XIP技 术后可能会降低程序的运行速度，不过由于CPU的指令预取机制以及Cache机制，实际使用起来并不会明显降低应用程序的运行速度。
5 g  j6 O, S) a

2 h" e; G; a, E7 i/ E
0 z- ?" j+ e' v4 Q1 x( X9 b; n8 r而右边的图，是针对Nor Flash的，这个很明显，CPU可以像读内存一样，直接跟Nor flash交互，即可以直接从Nor Flash中取指令，然后交给译码模块和执行模块进行执行，可以说，相比较Nand flash，Nor flash的操作对于CPU来说，简直就像是面对面一样。
5 C! t: b+ }+ L# i2 E- S
进一步， 为什么Nor Flash可以实现XIP，而Nand flash就不行呢？

有一个概念：嵌入式系统中代码的执行方式：
+ v7 X9 ~. }# Y8 w
# U% x, v9 [& T' o（1）完全映射：嵌入式系统程序运行时，将所有代码从非易失存储器（Flash、ROM等）复制到RAM中运行。
7 |! W+ _- ^- |/ D- Q8 m
（2）按需分页：只复制部分代码到RAM中，这种方法对RAM中的页进行导入/导出管理，如果访问位于虚存中但不在物理RAM中会产生页错位，这时才将代码和数据映射到RAM中。

（3）XIP：在系统启动时，不将代码复制到RAM，而是直接在非易失性存储位置执行，RAM中只存放需要不断变化的数据部分，如下图
- u+ n3 F1 O5 Z2 e* [0 y  j

# S# ^6 m9 d: K9 M  m+ G如果非易失性存储器（Flash）的读取速度与RAM相近，则XIP可以节省复制和解压的时间，Nor flash和rom的读取速度比较看（约100ns），比较适合XIP，而Nand flash的读取操作是基于扇区的，速度相对很慢（us级），因此不适合实现XIP系统，不过Nand flash的写速度比Nor的快，更适合做存储和下载系统。

解释二：
两种芯片的结构不同
NOR flash之所以可以片内执行，就是因为他符合CPU去指令译码执行的要求。CPU送一个地址出来，Nor flash就能给出一个数据让CPU执行，中间不需要额外的处理操作。
7 @9 x$ \7 t% z0 @! Z, c1 u; J2 ANAND flash不一样是因为nand flash有地址，数据，命令共用IO口的问题，cpu把地址发出来之后，并不能直接得到数据，还需要控制线的操作才能完成。就是他没有专用的SRAM接口。
+ k$ j. v: ?& v; r) G7 T
解释三：
芯片内执行主要是是看芯片可不可以线性存储代码（假如硬件支持芯片接口），只要能保证芯片的存储空间是线性的（也就是无坏块），都可以片上执行，在读取Flash时候，容易出现“位翻转（bitconvert），在Flash的位翻转（一个bit位发生翻转）现象上，NAND的出现几率要比NorFlash大得多。这个问题在Flash存储关键文件时是致命的，所以在使用NandFlash时建议同时使用EDC/ECC等校验算法。 ”

但是，如果能保证不出错，也还是可以进行XIP，可以在其上执行代码的：
“所谓XIP,就是CODE是在FLASH上直接运行. NANDFLASH只是不适合做XIP,但并不是不能做XIP“
要一段CODE能够正确的运行,要保证它的CODE是连续的,正确的.
由于一些电气特性的原因,NOR FLASH能够做到这一点,不存在坏道或坏块,所以能够做XIP.
而对于NAND FLASH, 它只保证它的BLOCK 0是好的,其他的块并不保证,虽然出错的几率比较低,但还是有出错的可能,所以CODE可能无法连续正确地执行.

但只要你有额外的保障措施,比如说在执行CODE之前去做一次ECC校验,来确保CODE是连续正确的.那你也可以做XIP. 有人这么做了,而且也证明是成功的

/ Y) s  O" {; e# A* u5 W由于芯片外挂的是W25Q16 为NOR flash，支持XIP，并且STM32H7系列芯片QSPI FLASH支持内存映射模式。STM32H7芯片可以将W25Q16芯片内的应用程序映射到地址0x90000000，虚拟为芯片内部内存进行执行。由于产品为了节省成本没有采用QSPI 双flash模式，执行效率会再降低一点。经过测试从bootloader跳转到应用程序，起来需要经过约2.6s左右。具体中断执行效率还需进行进一步测试。
QSPI执行速度对比图

3.启动文件修改
+ u* ?% y$ S! W: @7 g) a. X9 I( E对于bootloader程序，程序再芯片内部128k flash中执行，程序默认启动执行地址为0x8000000，无需修改IAR 的link链接配置文件。
) p$ ]* G, P# H& L* D) J4 V对于应用程序，需将IAR 的link链接配置文件****.icf文件中的__ICFEDIT_intvec_start__ 地址，__ICFEDIT_region_ROM_start__地址，__ICFEDIT_region_ROM_end__地址进行修改，具体可以通过IAR options->Linker->Config,里面进行修改

" D8 U6 s8 m2 t$ |

2 S; T+ `$ L% X& v  r
/ _/ G# }9 p/ y# w/ m6 g. |

修改完成后，查看IAR配置后的icf文件，具体内容如下
7 A3 `5 o. h' R& L6 ?

1. /*###ICF### Section handled by ICF editor, don't touch! ****/
   
2. /*-Editor annotation file-*/
   
3. /* IcfEditorFile="$TOOLKIT_DIR$\config\ide\IcfEditor\cortex_v1_0.xml" */
   
4. /*-Specials-*/
   
5. define symbol __ICFEDIT_intvec_start__ = 0x90000000;
   , g, F  E- x# X$ }2 |8 W9 L
6. /*-Memory Regions-*/
   
7. define symbol __ICFEDIT_region_ROM_start__     = 0x90000000;
   
8. define symbol __ICFEDIT_region_ROM_end__       = 0x90100000;
   
9. define symbol __ICFEDIT_region_RAM_start__     = 0x20000000;
   
10. define symbol __ICFEDIT_region_RAM_end__       = 0x2001FFFF;
    
11. define symbol __ICFEDIT_region_ITCMRAM_start__ = 0x00000000;
    
12. define symbol __ICFEDIT_region_ITCMRAM_end__   = 0x0000FFFF;

复制代码

+ N- G# Z6 x* o2 A2 x6 e1 P4.bootloader程序与应用程序设计
对于bootloader而言，主要的任务有一下点：

1、接受和处理上位机下发的更新程序，并将其写入到外部flash备份区
( P; `' `  Z& V: H5 c  F
2、对更新到外部备份区的程序拷贝到应用区
0 K6 |: i1 q( E3 J2 S2 e$ m. K
3、初始化QSPI为内存映射模式，引导程序启动，跳转到应用程序

- `5 T, g, G) C

1 p7 J* E+ s5 D/ T* d& {) e
2 h/ K& C$ r- j4 S% s" A, p' n

) s& B5 M: @% ]& \! j, m
- s; Z# F8 ~2 s1 L1 |- ]7 Q我们将STM32H7整个内部128k flash分配为bootloader程序存储区。装置上电，首先从内部flash 地址0x8000000进行启动，具体执行流程如下图所示：
! b" F% u1 E) Y0 E" H0 {5 \7 h9 P
0 t! K  `" v4 T5 Y, M" W

' d8 r8 W3 ~: K+ g/ k/ q0 u
) g& @& p$ [7 ^, Z% h) c' V
* H8 H' k- \: c, F+ m! g
. y$ c! m. m$ ~- ^