STM32H7的启动过程分析
启动文件
% n" v8 Z5 u& m" a0 m不同编译器对应的启动文件不同，在MDK下，以startup_stm32h743xx.s为例，这是一个汇编文件，启动文件中主要做了如下事情：
/ C. x4 t9 c4 O( ~# y- F设置堆栈指针 SP = __initial_sp。
设置 PC 指针 = Reset_Handler。
设置中断向量表。
. r! z# @+ u, N9 ^' c8 h* E配置系统时钟。
配置外部 SRAM/SDRAM 用于程序变量等数据存储（这是可选的）。
跳转到 C 库中的 __main ，最终会调用用户程序的 main()函数。
1 w8 ?  Y; s) d  A' q( x' G( uCortex-M 内核处理器复位后，处于线程模式，指令权限是特权级别（最高级别），堆栈设置为用主堆栈 MSP。
堆栈指针
通用寄存器组
Cortex – M7/M4/M3 处理器拥有 R0-R15 的通用寄存器组。其中 R13 作为堆栈指针 SP。 SP 有两个，但在同一时刻只能有一个可以用。
9 \$ _- k9 X! O1 ?$ Z主堆栈指针（MSP）：这是缺省的堆栈指针，它由 OS 内核、异常服务例程以及所有需要特权访问的应用程序代码来使用。
进程堆栈指针（PSP）：用于常规的应用程序代码（不处于异常服务例程中时）。
另外以下两点要注意：
0 Y7 j9 L5 a4 U% t( b4 a7 H大多数情况下的应用，只需使用指针 MSP，而 PSP 多用于 RTOS 中。
R13 的最低两位被硬线连接到 0，并且总是读出 0，这意味着堆栈总是 4 字节对齐的。
5 ?! D7 O: T/ m/ M4 \6 v
Cortex-M7/M4/M3 向下生长的满栈
" d' |, b6 G' i5 ~PUSH 入栈操作：SP 先自减 4，再存入新的数值
) W$ U2 t! h2 L* I' Y& y. E$ ZPOP 出栈操作：先从 SP 指针处读出上一次被压入的值，再把 SP 指针自增 4
* d  G0 P7 [: m! O; I" d1 R1 K
# T, ?# T- P6 X% Q分析启动过程
硬件上电后，会触发硬件复位，复位之后，CPU 内的时序逻辑电路首先完成如下两个工作（程序代码下载到内部 flash 为例，flash首地址 0x0800 0000）
7 _  c- l6 L( }6 F% _
将 0x08000000 位置存放的堆栈栈顶地址存放到 SP 中(MSP)。
将 0x08000004 位置存放的向量地址装入 PC 程序计数器。
2 q4 M* p+ o# C: j! L0 _6 oCPU 从 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 条指令开始执行程序，也就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。为啥，因为在启动文件中，最先做的两件事情是
1 ]) S, P1 V6 L4 ]3 x设置堆栈指针 SP = __initial_sp
3 i: n7 L  K* Q# @! X: _" a- V设置 PC 指针 = Reset_Handler
复位中断服务程序会调用SystemInit()函数来配置系统时钟、配置FMC总线上的外部SRAM/SDRAM，然后跳转到 C 库中__main 函数。由 C 库中的__main 函数完成用户程序的初始化工作（比如：变量赋初值等），最后由__main 函数调用用户写的 main()函数开始执行 C 程序。
& `0 _2 S( K# G3 \& q# j$ f
9 D; S4 K' v8 B3 {# {# _! S7 {0 H代码分析
①、开辟栈（stack）空间，用于局部变量、函数调用、函数的参数等

1. //类似宏定义，这是个伪指令，定义栈大小，这里是以字节为单位
   
2. Stack_Size      EQU     0x00001000   
   
3. 
   
4. /*
   
5. 开辟一段数据空间可读可写，段名 STACK，按照 8 字节对齐。 ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。 ARER 后面的关键字表示这个段的属性。
   
6. STACK ：表示这个段的名字，可以任意命名。
   
7. NOINIT：表示此数据段不需要填入初始数据。
   
8. READWRITE：表示此段可读可写。
   ) P/ [2 O2 q8 o5 r/ m
9. ALIGN=3 ：表示首地址按照 2 的 3 次方对齐，也就是按照 8 字节对齐(地址对 8 求余数等于 0)。
   6 V$ ?; t5 E& T3 T8 L: u  a
10. */
    
11.                 AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
    
12. 
    
13. //SPACE 这行指令告诉汇编器给 STACK 段分配 0x00001000 字节的连续内存空间。
    ( s3 [( l/ s- F
14. Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
    1 K7 E9 ~, L! o! @' J6 n) K
15. 
    ; O" k& L7 q' B; r
16. /*
    , |6 S7 E9 g2 e' f+ P: c0 T# T
17. __initial_sp 紧接着 SPACE 语句放置，表示了栈顶地址。 __initial_sp 只是一个标号，标号主要用于表示一片内存空间的某个位置，等价于 C 语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置，从 C 语言的角度来看，变量的地址，数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。
    " m1 z, s7 h4 ]( @7 Q! I1 H
18. */
    
19. __initial_sp

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3 c9 |  |  o% ^4 A①、开辟堆(heap)空间，主要用于动态内存分配，也就是说用 malloc，calloc, realloc 等函数
分配的变量空间是在堆上
. P" s, d8 O9 Y/ O6 }
2 k8 `$ I  l% Y

1. //定义堆空间大小
     p* S* y2 S6 F( c( B% ~
2. Heap_Size       EQU     0x0000800
   0 L) ~9 e3 w" z; p1 ]# L" U4 Z
3. 
   
4. //分配一段名字为HEAP、可读可写、不需要初值、8字节对齐的数据空间
   
5.                 AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   
6. 
   
7. //__heap_base 表示堆的开始地址。
   
8. __heap_base
   
9. 
   
10. //SPACE 这行指令告诉汇编器给 HEAP段分配 0x0000800字节的连续内存空间。
    
11. Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
    + U) ^4 ~* U( c' ]: }0 q2 D2 m
12. 
    # w) h& ^/ h: Q- S
13. __heap_limit 表示堆的结束地址
    / K3 [5 }, `5 w6 m% V" b
14. __heap_limit

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③、生成属性设置、定义RESET代码段

1. //PRESERVE8 指定当前文件保持堆栈八字节对齐。
   
2.                 PRESERVE8
   
3. 
   . S! p' t4 g( @
4. //THUMB 表示后面的指令是 THUMB 指令集 ，CM7 采用的是 THUMB - 2 指令集
   * Q! C, A1 X, C# c1 N- z
5.                 THUMB
   / F2 k3 y% f, d
6. 
   ) k: S  x9 C4 Y, ]# ]9 ?8 x2 I
7. //：AREA 定义一块代码段，只读，段名字是 RESET。 READONLY 表示只读，缺省就表示代码段了。
   ! Q& K& ~7 b9 R& X+ R' W
8. ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
   6 S7 L! k! y* O1 L* {- J' q
9.                 AREA    RESET, DATA, READONLY
   
10. 
    . `" G4 A. n1 f$ t+ C" f# ~% U
11. //3 行 EXPORT 语句将 3 个标号申明为可被外部引用， 主要提供给链接器用于连接库文件或其他文件。
    
12.                 EXPORT  __Vectors
    
13.                 EXPORT  __Vectors_End
    " l8 Q, N; U2 N: ]
14.                 EXPORT  __Vectors_Size

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. O1 e9 ^) i3 f4 W$ a④、中断向量变定义

1. __Vectors       DCD     __initial_sp                      ; Top of Stack
   $ `5 ]2 k; {) M& @0 Q
2.                 DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler
   
3.                 DCD     NMI_Handler                       ; NMI Handler
   - v1 G: i1 W4 F% J! m" v
4.                 DCD     HardFault_Handler                 ; Hard Fault Handler
     I/ s4 O1 f- M, D! S7 r
5. /*  省略部分代码 */                              
   ! c+ k, J/ r" G/ F8 d7 b
6.                 DCD     0                                 ; Reserved                                    
   
7.                 DCD     WAKEUP_PIN_IRQHandler             ; Interrupt for all 6 wake-up pins
   9 ^/ h1 s" Z" V! n( e- E
8. 
   
9. 
   
10. __Vectors_End
    
11. 
    3 ]; T! b: p6 O2 Y
12. //定义向量表大小
    ; h5 Z1 s; v2 e8 {
13. __Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

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上面的这段代码是建立中断向量表，中断向量表定位在代码段的最前面。具体的物理地址由链接器的配置参数（IROM1 的地址）决定。如果程序在 Flash 运行，则中断向量表的起始地址是0x08000000。以 MDK 为例，就是如下配置选项：
& N+ [& o& w1 [) K

  a2 H/ ~  c: }' K) zDCD 表示分配 1 个 4 字节的空间。每行 DCD 都会生成一个 4 字节的二进制代码。中断向量表存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常（也即是中断事件）发生时，CPU 的中断系统会将相应的入口地址赋值给 PC 程序计数器，之后就开始执行中断服务程序
2 s2 r9 c7 O. R2 r. |! p. ~1 H5 H
⑤、代码段定义、Reset_Handler过程处理

/ L0 F: o% ?1 i2 k0 |$ a

1.                 AREA    |.text|, CODE, READONLY
   7 }( o& {/ r* Q6 P: g2 G
2. 
   ; {  M5 g# ?2 Q% _2 m9 l* r. R0 `
3. ; Reset handler
   
4. Reset_Handler    PROC
   
5.                  EXPORT  Reset_Handler                    [WEAK]
   # B8 w  y# y* p/ X$ q: L! N
6.         IMPORT  SystemInit
   
7.         IMPORT  __main
   
8. 
   8 m5 d% ^& C' Q/ @
9.                  LDR     R0, =SystemInit
   
10.                  BLX     R0
    - L" M5 K* J% ~; _
11.                  LDR     R0, =__main
    0 ]; a5 O2 d3 R1 P) Q* Z$ ~
12.                  BX      R0
    
13.                  ENDP

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AREA 定义一块代码段，只读，段名字是 .text 。 READONLY 表示只读
利用 PROC、 ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰。
& G) W0 }: K& R/ BWEAK 声明其他的同名标号优先于该标号被引用,就是说如果外面声明了的话会调用外面的。 这个声明很重要，它让我们可以在 C 文件中任意地方放置中断服务程序，只要保证 C 函数的名字和向量表中的名字一致即可。
. E' @/ o8 \9 N' H% P# j! qIMPORT：伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义。但要在当前源文件中引用，而且无论当前源文件是否引用该标号，该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。
SystemInit 函数在文件 system_stm32h7xx.c 里面，主要实现 RCC 相关寄存器复位和中断向量表位置设置。
__main 标号表示 C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main 的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(跳转__user_initial_stackheap 标号进行初始化堆栈的，下面会讲到这个标号)，并初始化映像文件，最后跳转到 C 程序中的 main 函数。这就解释了为何所有的 C 程序必须有一个 main 函数作为程序的起点。因为这是由 C/C++标准实时库所规，并且不能更改。
6 C  b, ~! i0 S/ E# Y; S. w
- T  \* Z% |6 H) `6 ]$ g⑥、缺省中断服务函数定义

1. ; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
   
2. 
   
3. NMI_Handler     PROC
   
4.                 EXPORT  NMI_Handler                      [WEAK]
   
5.                 B       .      //死循环
   
6.                 ENDP
   
7. ...省略
   3 t9 o2 x9 J+ q' f7 d' z3 p2 R
8.                 EXPORT  PendSV_Handler                    [WEAK]
   
9.                 B       .
   
10.                 ENDP
    
11. SysTick_Handler PROC
    
12.                 EXPORT  SysTick_Handler                   [WEAK]
    7 H) q$ V6 B' I  r1 E
13.                 B       .
    # {8 ~. _5 f" x. @& y
14.                 ENDP                                    
    1 k6 N; R0 J9 r; J$ u+ s' h
15. 
    
16. Default_Handler PROC                                      
    
17. 
    3 m: `6 R2 t* F0 r: `* p+ F
18.                 EXPORT  WWDG_IRQHandler                   [WEAK]                                       
    
19.                 EXPORT  PVD_AVD_IRQHandler                [WEAK]                        
    ! }( |- X/ U( W2 u+ X) _9 Y) K4 [
20. ...省略                                                                                 
    / C7 q1 z6 e0 J9 s
21.                 EXPORT  WAKEUP_PIN_IRQHandler             [WEAK]
    
22. 
    ' S9 p- v! s+ x
23. 
    8 j' Y: F: J: K, h
24. WWDG_IRQHandler                                                         
    
25. ...省略     
    
26. WAKEUP_PIN_IRQHandler
    
27. 
    7 T: O% g  l1 H. {$ p( \  j# \- i
28.                 B       .
    
29. 
    4 n9 y: p( j/ A9 @+ G
30.                 ENDP
    : B9 F0 @" [% m: B
31. 
    
32.                 ALIGN

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这里全部的中断服务函数都是用[WEAK]来声明，假如没有在其他文件中定义同名的中断服务函数，来了中断，就会进入到这里。
% q9 @% t4 o7 ~8 s
3 R: {3 [! O& j5 F) ^+ _; U+ f) K⑦、堆和栈的初始化
' y! [- I4 u6 H
1 D, A/ f) o, E7 o

1. ;*******************************************************************************
   / V( f  f# w" E: u0 J# w2 x
2. ; User Stack and Heap initialization
   
3. ;*******************************************************************************
   , R; y! V9 _2 s2 N; Q$ q
4. //假如定义了MICROLIB，这里类似于if...else...
   
5.                  IF      :DEF:__MICROLIB
   1 D& Y9 v+ X4 w; @- O0 G" D
6. 
   ' p3 s% M( H$ I8 d
7.                  EXPORT  __initial_sp
   
8.                  EXPORT  __heap_base
     q* G- \5 L, C5 a
9.                  EXPORT  __heap_limit
   
10. 
    ( Q9 K, d0 \: `1 g# s- q1 I1 p3 ]8 b
11.                  ELSE
    4 G9 K. O7 |5 _9 @- R
12. 
    
13.                  IMPORT  __use_two_region_memory
    
14.                  EXPORT  __user_initial_stackheap
    ) }- @* q) V& ]
15. 
    , @: }( N0 }4 y2 P! j6 H) b; K
16. //__user_initial_stackheap 将由__main 函数进行调用。                 
    ) B* ^% ?" y7 p" u, k, R
17. __user_initial_stackheap
    
18. 
    * g( d2 B4 G  z# ]2 m
19.                  LDR     R0, =  Heap_Mem
    ' o. \7 C' S. @7 ~. m8 F
20.                  LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
    5 J# L& j' M& s' U! A9 {$ }
21.                  LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
    
22.                  LDR     R3, = Stack_Mem
    
23.                  BX      LR
    5 o% y$ u  P/ y
24. 
    
25.                  ALIGN
    
26. 
    
27.                  ENDIF
    . P1 t3 p+ A6 `6 e3 r) S4 j% `
28. 
    
29.                  END

复制代码

Boot的启动模式不同于以往的M3、M4内核的ST MCU，H7的boot引脚只有一个，但是H7 专门配套了两个 option bytes 选项字节配置，如此以来就可以方便设置各种存储器地址了。[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9J2Qpbcf-1574601496448)(./1574512528932.png)]
5 Q/ f: x$ x: m, mBOOT_ADD0 和 BOOT_ADD1 对应 32 位地址到高 16 位，这点要特别注意。 通过这两个选项字节，所有 0x0000 0000 到 0x3FFF 0000 的存储器地址都可以设置，包括：
. c; ^2 e* H% {4 x
所有 Flash 地址空间。
所有 RAM 地址空间，ITCM，DTCM 和 SRAM。
设置了选项字节后，掉电不会丢失，下次上电或者复位后，会根据 BOOT 引脚状态从 BOOT_ADD0，或 BOOT_ADD1 所设置的地址进行启动。
使用 BOOT 功能，注意以下几个问题：
- d+ A! [# ]. i$ t1 Q% _  f: |如果用户不慎，设置的地址范围不在有效的存储器地址，那么 BOOT = 0 时，会从 Flash 首地址 0x08000000 启动，BOOT = 1 时，会从 ITCM 首地址 0x0000 0000 启动。
当 Flash 的保护级别被配置为级别 2 之后， 只能从 Flash 自举。 如果 BOOT_ADD0/BOOT_ADD1选项字节中自举地址被配置为位于存储器范围之外或属于 RAM 地址范围，则系统只能从地址 0x0800 0000 上的 Flash 开始执行