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。

: o5 t- A; Y+ s( w0 g

( e2 o2 W0 N6 @9 b+ g1.STM32H7启动流程
IAR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. 
   1 _$ R' Y" |4 l' y" C5 |/ T) |6 G" W
2.         MODULE  ?cstartup
   
3. 
   & k' G/ ?; E# B6 F) l
4.         ;; Forward declaration of sections.
   
5.         SECTION CSTACK:DATA:NOROOT(3)
   # x6 |8 T8 [4 i0 \/ S- m3 \
6. 
   # H( Y; \6 p% o2 C+ S! m. Y3 V
7.         SECTION .intvec:CODE:NOROOT(2)
   - a/ M- @$ N! b) n/ a4 S1 p
8. 
   9 f0 P! }8 m+ k$ v$ ^
9.         EXTERN  __iar_program_start
   ; e1 @: d. J, M2 Y6 @$ {
10.         EXTERN  SystemInit
    ; m4 U( d! M. C; ?: i
11.         PUBLIC  __vector_table
    8 r9 r4 e+ |7 I7 {: M! N
12. 
    
13.         DATA
    
14. __vector_table
    
15.         DCD     sfe(CSTACK)
    
16.         DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler
    
17. 
    
18.         DCD     NMI_Handler                       ; NMI Handler

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9 `6 R6 g! ~9 A, {* n# ~+ R定义了一个 CSTACK 的段，然后在启动代码中先声明这个段
3 R( T: a! x( c9 o) F8 M  V# j, \
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

; C. q) v( _. z, O4 \DATA 进入DATA模式

7 x# b* m" |7 a2 c6 D4 lDCD 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)
9 }$ @$ M# D- K$ ?% N' U
文件剩下为定义中断向量表。
7 s: q( n/ d' v. M

1. ;; Default interrupt handlers.
   + f  J# K% e& N' m
2. ;;
   
3.         THUMB
   
4.         PUBWEAK Reset_Handler
   ; x4 g: _  ?' h! L
5.         SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(2)
   
6. Reset_Handler
   
7. 
   
8.         LDR     R0, =SystemInit
   
9.         BLX     R0
   
10.         LDR     R0, =__iar_program_start
    ' r/ F7 V! s  f$ W5 H
11.         BX      R0
    
12. 
    
13.         PUBWEAK NMI_Handler
    * ]5 Y/ g+ g% y, e
14.         SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(1)

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* ]% }2 W% K; G4 X8 NTHUMB 进入THUMB模式（THUMB-2指令集）
) Y, H- w; p0 u  `9 e
/ K0 D/ g+ E) A9 V, C) H2 ^! C启动文件先使用PUBWEAK 指令声明Reset_Handler为弱定义

SECTION .text:CODE:NOROOT:REORDER(2) 从.text段开始

+ w- P' @0 B1 A, o7 C/ pLDR R0, =SystemInit 将SystemInit指针地址赋值给R0
' b' i: B) m% P7 m  Z* w3 W
: A/ a" y+ I2 O! |& mSystemInit 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

3 r: G/ o- L$ ]. J+ z. t8 m

1. void SystemInit (void)
   
2. {
   . m. @, I  k1 v/ V% T, a; G/ o! u2 R
3. #if defined (DATA_IN_D2_SRAM)
   
4. __IO uint32_t tmpreg;
   ; P. E- s6 d7 k9 \' U, ]  `2 y. ^
5. #endif /* DATA_IN_D2_SRAM */
   : d( J; J  q, {3 Y2 }" ^
6. 
   2 }" I$ ^: B" N, U$ j
7.   /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
   % X5 P/ z7 ~: `
8.   #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
   , |! x/ t8 G" X2 f- a
9.     SCB->CPACR |= ((3UL << (10*2))|(3UL << (11*2)));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
   
10.   #endif
    
11.   /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
    , U, A# G0 I* q2 B# K
12.   /* Set HSION bit */
    
13.   RCC->CR |= RCC_CR_HSION;
    % ?9 J8 |; G+ T0 A) s& A) n
14. 
    % ~( v8 g% e+ d8 u/ t
15.   /* Reset CFGR register */
    
16.   RCC->CFGR = 0x00000000;
    
17. ......
    
18.   /* Configure the Vector Table location add offset address for cortex-M7 ------------------*/
    
19. #ifdef VECT_TAB_SRAM
    
20.   SCB->VTOR = D1_AXISRAM_BASE  | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal AXI-RAM */
    ' q0 x) a# D9 \1 s( }
21. #else
    : N& i) ^: O! p; a3 V8 v2 x4 O: `
22.   SCB->VTOR = FLASH_BANK1_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
    ) w4 e5 @3 x) k+ H$ o
23. #endif
    
24. 
    6 t4 Q3 g7 ^# V/ N
25. #endif /*DUAL_CORE && CORE_CM4*/
    5 r; S, y+ M% \; S
26. 
    5 @6 w/ K9 i! A: W/ x
27. }

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" l2 n, }7 i. t9 C# W, X, |& ISystemInit 函数完成系统时钟、RAM、中断向量表地址的初始化。
& x0 t4 m9 v# s$ |
" P+ c1 A# J$ \0 d  |

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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# R  s! |4 `. i1 D- ~3 m__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？》

启动文件主要完成如下工作，即程序执行过程：
/ \8 Z% f5 X. d7 h, [# r7 ^/ p0 L. R
! u3 [3 ]7 l! D: L) ^  C$ C* @7 f- 设置堆栈指针SP = __initial_sp。
$ y2 A/ z+ e; n0 ?# f% t
- 设置PC指针 = Reset_Handler。
* U0 o' E+ e* N' f! ]0 i  S3 b, J- A
- 设置中断向量表。
% L/ K, y- w3 B- ]0 m3 U5 U% O
- 配置系统时钟。
* a- u2 N$ Q( p' F+ F) Z4 o
3 j+ a0 [  C& @! Q9 R9 O6 j5 @- 配置外部SRAM/SDRAM用于程序变量等数据存储（这是可选的）。
5 j- d9 K, M) J* ?' L' B0 ^( i3 Z# P9 R
- 跳转到C库中的 __main ，最终会调用用户程序的main()函数。
% h+ A3 Q- o: w- r7 u! |
2.XIP技术
( _3 H% [/ v) ?5 }XIP，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）。
; H% k  V, ^4 i0 [

" y) ?4 }' K1 S: Y: z8 i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。

' D4 I* a7 [/ @6 k$ }4 c
/ n1 \! Y$ n, k4 U7 \- a  a4 C0 p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。

进一步， 为什么Nor Flash可以实现XIP，而Nand flash就不行呢？

# b+ q# s: `( |  U7 u$ `3 c! K有一个概念：嵌入式系统中代码的执行方式：

* J' n; A6 C6 h; P) s# I+ d（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。

（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。

! u( x! J8 j0 H( A1 g（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
7 G; f. b) d4 }

) O/ M- r1 k/ j5 s$ V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。
5 G" O& \# x; P* u+ H! s4 S
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。
NAND 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。
; ~: q1 ^# m% [: Z6 U
5 V8 K9 m. f5 W- M解释三：
  D) k  v' d/ w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。 ”
0 V3 D, z% ~1 a6 ^# R, R
" u% w0 H4 w' i* `4 u3 R; ?6 s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：
+ z# J2 E& Y. F7 [1 J. v9 M“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.
2 Y* z# o# ~! |: |; A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.
5 _1 r4 A9 Z! o. {2 t; m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.
2 l9 b$ `4 O9 S- G! R1 b) h
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
7 A  m+ w" N$ j
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

- [' Q( R0 ^" R. Y9 i
" t. S) X+ X2 U( w& ?6 D. s3.启动文件修改
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。
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

5 l- n/ Y1 P& N3 X) K+ o

6 y5 ~3 d" X4 g( ^. ]( a9 ~6 z
* W- l$ i' b7 {  f4 e6 P2 C

6 O/ T% F' ?* V2 U3 e1 U
, Z& z. J6 U0 K# i1 ?) @修改完成后，查看IAR配置后的icf文件，具体内容如下

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" */
   ( y& ^: p/ g2 G
4. /*-Specials-*/
   
5. define symbol __ICFEDIT_intvec_start__ = 0x90000000;
   
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;
   $ z( i9 Q! f; \% t
10. define symbol __ICFEDIT_region_RAM_end__       = 0x2001FFFF;
    
11. define symbol __ICFEDIT_region_ITCMRAM_start__ = 0x00000000;
    7 d4 L2 o# b; [3 W
12. define symbol __ICFEDIT_region_ITCMRAM_end__   = 0x0000FFFF;

复制代码

4.bootloader程序与应用程序设计
5 _+ Q9 D+ h9 K, i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
% X1 k' I+ f  Z- O6 u# |- e
2、对更新到外部备份区的程序拷贝到应用区
# `( f1 A4 }4 C/ e$ ?
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

) m. L1 f# ^7 j

+ L% Z0 W- u5 C, g& _* q0 l1 K
- n( O6 k2 G. ^( i, O) V

# _+ p4 E4 r! U9 a/ k% @) w2 h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：

+ S& D! A* H. N: L2 L- i4 L! I


& u2 d& Y9 |$ V6 T2 H, e: @; E