【经验分享】详解STM32启动文件

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STMCU小助手发布时间：2022-6-21 18:38

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文章简介:	详解STM32启动文件

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
) y Q( i% I! O! l
3 h! s% Y4 x/ s. I9 g0 K
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
* B) [2 R0 L" p( c
Stack_Mem SPACE Stack_Size
; L( O3 \' w" |! @! E
__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
% X# f6 {9 @0 P3 x" R2 Q- c
THUMB

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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。

向量表

AREA RESET, DATA, READONLY
5 D9 ]4 c1 l6 k+ G+ b! T, i/ P
EXPORT __Vectors) }) A( n$ e5 I% j3 t
EXPORT __Vectors_End9 d! e1 y$ L( P: Y/ T* X& \: p
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7 w" d% `% a( C
DCD Reset_Handler ;复位程序地址
" s& ], Y, T; a' D
DCD NMI_Handler
3 S! B L2 N$ G/ [2 W1 b2 Q2 J
DCD HardFault_Handler
% B) H4 z9 i- W0 N- G! O
DCD MemManage_Handler
# Z5 m) L' m6 @% T+ ]
DCD BusFault_Handler
/ n) n9 @ c1 S1 Q5 `' C
DCD UsageFault_Handler( o; O6 f7 h0 x# `2 K+ H
DCD 0 ; 0 表示保留$ q% L( W/ B( r( X* ]8 c
DCD 0) `9 Q$ f7 `& b# _
DCD 0: I" R" @" Q+ U0 m: T
DCD 0! [( y, S0 o, P0 ?# d- s3 l& ?
DCD SVC_Handler
4 V1 O+ w( Y) i$ i, J+ X
DCD DebugMon_Handler
# q- u% X& \' Z1 K' b. ~
DCD 0+ A+ ]8 j1 q3 c* \
DCD PendSV_Handler& `# @' v; j K* D, }' x
DCD SysTick_Handler) c1 r) a9 y* `3 e5 p0 G2 R+ G
;外部中断开始2 B5 U. a# S) O# h7 ^; V" I% Z4 z! [" Y
DCD WWDG_IRQHandler
) E4 j2 Y- {; R5 N2 ]/ y" R
DCD PVD_IRQHandler
7 Y4 E. o2 \: s7 W m; J
DCD TAMPER_IRQHandler, _& Y$ s* U8 {5 l
;限于篇幅，中间代码省略& \$ F) U- ~* K: [4 D
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler
" k! s e$ L. {
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler
5 S) B9 s' a' W$ _
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler
2 C6 g8 A1 H3 P+ c7 D3 ?: I
__Vectors_End m7 S5 H4 G. B5 f) J, 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。

$}V9U%LRL[}YAQ{JOM)I_2T7.png$

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
1 [& b3 ?1 L" h3 ~, l- U0 M
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
( A1 _8 G' B' z) Q# O
B .
) C7 Y: E& Z, K0 ]
ENDP* E& ^* b3 ~. x. m3 C
;限于篇幅，中间代码省略 |' A) ?' [2 I1 T4 s+ X
SysTick_Handler PROC
, j. {7 y" a" s" U) k1 Q0 f
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]" Q `3 l9 D. p2 P: V: A
B .
) Q# J7 n* ?. i4 U$ c
ENDP
& U# j" @ [: f9 M+ M5 }
Default_Handler PROC ;外部中断
4 r. U. c9 x# n- ]
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]- X1 n, e1 [7 f' A8 @8 ^1 m
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]. l" h& U% W6 B O
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]* k6 h9 S4 @/ X* x- P
;限于篇幅，中间代码省略
% V( @3 S- p! B6 C$ ^* h7 f' z/ X
LTDC_IRQHandler
2 k& x2 i. y% `9 x% f* u
LTDC_ER_IRQHandler6 y: s2 ~9 i' ]; ]3 B5 y0 F9 k
DMA2D_IRQHandler) K) B! w# `0 `, v
B .
# V) R$ |: E& }% 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: B' W: s3 O) K" h6 [
IF :DEF:__MICROLIB ;这个宏在 KEIL 里面开启8 n8 n3 ]& O8 p% ?* Z
EXPORT __initial_sp
; y7 n) g4 J7 g y& W
EXPORT __heap_base
4 M7 {2 J# ?" w8 B
EXPORT __heap_limit1 b7 u" _3 [4 n/ D: E; a n9 K
ELSE
3 L0 @* Z* }+ K3 I
IMPORT __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现
' m8 L% M3 q5 v8 P3 ]* Y
EXPORT __user_initial_stackheap
6 ?% j: ~, b1 m7 y b3 U7 J5 x( n
__user_initial_stackheap
. v& Z6 I) \+ y3 u7 z1 S
LDR R0, = Heap_Mem
; C0 _0 O5 x p2 H
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)4 U0 S7 f9 l, D/ o
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)# W3 V w4 J" _- R; s( }
LDR R3, = Stack_Mem7 g4 W$ Y8 N( ~6 u& ~
BX LR
+ ]/ N( l6 z. c M
ALIGN' u* K" R! P1 b' a2 F5 \
ENDIF0 R% X: j1 }* r; X m3 M2 }
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。