一、启动文件简介

启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

初始化堆栈指针SP=_initial_sp

初始化PC指针=Reset_Handler
# V5 A$ m1 s4 V! u8 B! b8 p

初始化中断向量表

配置系统时钟
* J9 E) j- l! M9 l

调用C库函数_main初始化用户堆栈，从而最终调用main函数去到C的世界

" a2 h4 Z3 e, g9 F: D$ U

二、启动文件代码讲解

Stack—栈

1. Stack_Size      EQU     0x00000400
   
2. 
   5 ~2 P- s! y$ \
3.                 AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   
4. Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
   % L6 h: ]1 @) p+ D" p0 }0 m
5. __initial_sp

复制代码

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，类似与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

1. Heap_Size     EQU     0x00000200
   
2.             AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   
3. __heap_base
   
4. Heap_Mem      SPACE   Heap_Size
   . y* C1 @. y! j3 w3 D$ g* ?. t: Z
5. __heap_limit

复制代码

3 J4 g( H8 G% [0 g$ a

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。

; G( ~  W2 S# c; i. U

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。

1. PRESERVE8
   9 m! |: K+ C  U
2. THUMB

复制代码

( A( Z8 `/ q1 E

PRESERVE8：指定当前文件的堆栈按照8字节对齐。

, |5 P0 I: g/ B4 l6 D1 p7 }- a3 j

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。

7 w( B. [; B, ?

向量表

1. AREA    RESET, DATA, READONLY
   
2. EXPORT  __Vectors
   ! h# P4 }8 ~6 ?6 m7 g
3. EXPORT  __Vectors_End
   
4. EXPORT  __Vectors_Size
   

复制代码

" ?3 N6 y  K! K& ^' J- r( m

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。
4 m. l5 |: x9 `

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。

1. __Vectors  DCD   __initial_sp        ;栈顶地址
   
2.         DCD   Reset_Handler       ;复位程序地址
   : w0 i" [) D$ N- M. o8 X/ I8 o9 c7 W, g
3.         DCD   NMI_Handler
   
4.         DCD   HardFault_Handler
   
5.         DCD   MemManage_Handler
   
6.         DCD   BusFault_Handler
   
7.         DCD   UsageFault_Handler
   ; V  D8 s8 N! ^( Q: S
8.         DCD   0                    ; 0 表示保留
   
9.         DCD   0
   6 D+ k( N" N, j' P- q4 _) |* `
10.         DCD   0
    / v+ T3 g  W! M
11.         DCD   0
    0 T) e) P! l6 M' j# O7 }: F& i
12.         DCD   SVC_Handler
    
13.         DCD   DebugMon_Handler
    
14.         DCD   0
    
15.         DCD   PendSV_Handler
    1 Y. ~2 z0 B# `, |( ?
16.         DCD   SysTick_Handler
    
17. 
    
18. 
    
19. ;外部中断开始
    
20.         DCD   WWDG_IRQHandler
    * p0 ^6 t  c' q: Z0 `& i
21.         DCD   PVD_IRQHandler
    ; D* C: K/ ?* ^, k
22.         DCD   TAMPER_IRQHandler
    
23. 
    
24. ;限于篇幅，中间代码省略
      l, @# G3 U3 @: c
25.         DCD   DMA2_Channel2_IRQHandler
    
26.         DCD   DMA2_Channel3_IRQHandler
    ) l* l; }& x3 v: x( v0 T
27.         DCD   DMA2_Channel4_5_IRQHandler
    
28. __Vectors_End
    
29. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

复制代码

__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。

6 x- `/ f% z2 b! ~4 I6 u% h- ?- S& Z: Q

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。

4 @' E  w5 L' p/ C9 d; M4 S

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

1. AREA |.text|, CODE, READONLY

复制代码

# d' w* H$ p  z. N7 g

定义一个名称为.text的代码段，可读。

1. Reset_Handler PROC
   ( k/ I, o$ m; t2 ^
2. 
   
3.             EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]
   
4.             IMPORT  SystemInit
     {$ V# t  x" {" p5 S
5.             IMPORT  __main
   + \$ Y( V1 d: p
6. 
   : w3 b* o1 n; j. q3 n
7.             LDR     R0, =SystemInit
   
8.             BLX     R0
   " L9 }, m6 X8 b5 E( W+ o0 r
9.             LDR     R0, =__main
   7 t7 c% x1 K+ W7 R" K  |* _% S% Z7 H
10.             BX      R0
    
11.             ENDP

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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。

( t. z6 ?. l5 e; V

SystemInit()是一个标准的库函数，在system_stm32f10x.c这个库文件总定义。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或其他。

__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。

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， 真正的中断复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。

1. NMI_Handler     PROC    ;系统异常
   $ i% z0 }; c) U# G8 E4 M
2.                 EXPORT  NMI_Handler           [WEAK]
   
3.                 B       .
   ! M& L7 _* t% o4 \9 [- s
4.                 ENDP
   
5. 
   
6. ;限于篇幅，中间代码省略
   
7. 
   $ t" n4 I5 S* k3 K) J& D4 R( w  ]
8. SysTick_Handler PROC
   - k. a* _& G+ {+ t
9.                 EXPORT  SysTick_Handler       [WEAK]
   
10.                 B       .
    
11.                 ENDP
    
12. 
    
13. 
    ; d0 g2 t+ Y) F! ]
14. 
    
15. Default_Handler PROC    ;外部中断
    8 E9 K/ b. u2 D% e/ R
16. 
    $ J: t1 Z8 N' G
17.                 EXPORT  WWDG_IRQHandler       [WEAK]
    $ i6 X  I: h; I4 O# n
18. 
    
19.                 EXPORT  PVD_IRQHandler        [WEAK]
    
20. 
    2 ^0 v% @. t5 P8 W( P9 g8 @  X
21.                 EXPORT  TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
    
22. 
    
23. ;限于篇幅，中间代码省略
      }# @6 F4 P4 a; g+ s
24. 
    6 b4 ?5 ]8 _! a+ Z- a3 }: B7 W2 X. v
25. LTDC_IRQHandler
    4 w0 @+ r& G, k, @4 q
26. 
    
27. LTDC_ER_IRQHandler
    0 `% P" Q  f1 ^4 F
28. 
    
29. DMA2D_IRQHandler
    0 @, r1 w2 Y/ Z
30. 
    % T3 C7 a5 M# v0 g
31.                 B       .
    % k* a0 O, L' o1 W2 r/ L
32.                 ENDP

复制代码

B：跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’，即表示无线循环。

3 L; M4 \3 F; w$ C( @: f

用户堆栈初始化

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。

1. ;用户栈和堆初始化,由C库函数_main来完成
   ! M) `5 N, N0 n8 l& a4 e
2. 
   # @7 \4 T, \0 @% j. W8 ^
3. IF      :DEF:__MICROLIB  ;这个宏在KEIL里面开启
   " F: _3 ]6 p. T$ U. b
4. EXPORT  __initial_sp
   7 ?0 P  @. Y' }: O4 q7 o8 q. p
5. EXPORT  __heap_base
   
6. EXPORT  __heap_limit
   
7. ELSE
   
8. 
   " C6 A3 @% k8 ^3 [
9. IMPORT  __use_two_region_memory ; 这个函数由用户自己实现
   
10. EXPORT  __user_initial_stackheap
    
11. 
    ; b  T3 h) v, V) h: v
12. __user_initial_stackheap
    
13. 
    ' {. N* p; r) s* q
14. LDR     R0, =  Heap_Mem
    
15. LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
    % U8 _2 f" b7 z, ^! }
16. LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
    
17. LDR     R3, = Stack_Mem
    2 W6 Z8 f3 R+ j' z' ^
18. BX      LR
    $ c4 o2 {1 h: o+ @
19. ALIGN
    ' ~$ R' M5 c% B2 g2 }) B: v4 F8 V$ C
20. 
    
21. ENDIF

复制代码

/ K% ~- N8 m9 ~

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，具体见图 使用微库 。然后堆栈的初始化就由C库函数_main来完成。

: v, u2 {2 L# `3 E! R9 o

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，具体见图 使用微库 。然后堆栈的初始化就由C库函数_main来完成。

$ C# k# m6 [) y8 O2 d) [9 Y

如果没有定义__MICROLIB，则才用双段存储器模式，且声明标号__user_initial_stackheap具有全局属性，让用户自己来初始化堆栈。

IF,ELSE,ENDIF：汇编的条件分支语句，跟C语言的if ,else类似

3 A; J$ j8 d8 x( Q

END：文件结束

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以上是分析STM32的启动文件，对于他的启动过程。下面这里进行通俗的总结和记录。

根据boot引脚决定三种启动模式

BOOT1	BOOT0	模式	启动空间
x	0 ; w5 ]/ f6 v+ ?0 p+ N( m	主FLASH	选择主FLASH作为启动空间
0 1 y* J+ i+ ^- {. ^; E  M	1	系统存储	选择系统存储作为启动空间
1 0 k( s- r+ v; y8 D	1 ) ~5 A8 @( ]& X+ J: `	嵌入式SRAM	选择嵌入失SRAM作为启动空间

单片机在复位后，在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT 引脚的值。BOOT0 为专用引脚，而 BOOT1 则与 GPIO 引脚共用。一旦完成对 BOOT1 的采样，相应 GPIO 引脚即进入空闲状态，可用于其它用途。BOOT0与BOOT1引脚的不同值指向了三种启动方式：
) A9 e5 i2 @. u

8 q. ]5 e. ~! N" u2 p$ h

从主Flash启动。主Flash指的是STM32的内置Flash。选择该启动模式后，内置Flash的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码将在该处开始执行。一般我们使用JTAG或者SWD模式下载调试程序时，就是下载到这里面，重启后也直接从这启动。
1 ^; n, G3 @' J4 G. y2 i, J" w

2 c. ]4 e* B' H

从系统存储器启动。系统储存器指的是STM32的内置ROM，选择该启动模式后，内置ROM的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码在此处开始运行。ROM中有一段出厂预置的代码，这段代码起到一个桥的作用，允许外部通过UART/CAN或USB等将代码写入STM32的内置Flash中。这段代码也被称为ISP(In System Programing)代码，这种烧录代码的方式也被称为ISP烧录。关于ISP、ICP和IAP之间的区别将在后续章节中介绍。

! c5 _9 z" z2 M3 ?7 Z6 G6 f3 I& P

从嵌入式SRAM中启动。显然，该方法是在STM32的内置SRAM中启动，选择该启动模式后，内置SRAM的起始地址将被重映射到0x00000000地址，代码在此处开始运行。这种模式由于烧录程序过程中不需要擦写Flash，因此速度较快，适合调试，但是掉电丢失。
- K2 s% E+ a4 S, P) z

总结：上面的每一种启动方式我都描述了“xxx的起始地址被重映射到了0x00000000地址，从而代码从xxx开始启动”，如下图是STM32F4xx中文参考手册中的图，可以看到类似的表述。同时，在下图中也展示了STM32F4xx中统一编址下，各内存的地址分配，注意一点，即使相应的内存被映射到了0x00000000起始的地址，通过其原来地址依然是可以访问的。

启动后bootloader做了什么？
+ u2 Z- g7 r+ U* p& a

根据BOOT引脚确定了启动方式后，处理器进行的第二大步就是开始从0x00000000地址处开始执行代码，而该处存放的代码正是bootloader。

bootloader，也可以叫启动文件，无论性能高下，结构简繁，价格贵贱，每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件，启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51，AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件，但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件，不需要开发人员再行干预启动过程，只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。同样，STM32微控制器，无论是keiluvision4还是IAR EWARM开发环境，ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件。

) n+ t7 ]0 g; y& M2 S

网上有很多资料分析了STM32的启动文件的内容，在此我只进行简单的表述。启动文件中首先会定义堆栈，定义中断/异常向量表，而其中只实现了复位的异常处理函数Reset_Handler，可以看到其主要执行了SystemInit和__iar_program_start或者__main两个函数，其主要功能除了初始化时钟，FPU等，还会执行一个重要功能，那就是内存的搬移、初始化操作。这是我想重点介绍的内容，同时也会回答一个疑问，就是如果从Flash启动的话，代码究竟是运行在哪儿的？在我之前接触ARM9、CortexA系列的时候，一般都是把代码搬到内部的SRAM或者外部DDR中执行的，STM32是如何呢？。

bootloader中对内存的搬移和初始化

本节针对程序在内置Flash中启动的情况进行分析。

5 i0 s3 C: ^2 F7 T& A

6 ^4 ?9 N( o1 c& @' Q

我们知道烧录的镜像文件中包含只读代码段.text，已初始化数据段.data和未初始化的或者初始化为0的数据段.bss。代码段由于是只读的，所以是可以一直放在Flash中，CPU通过总线去读取代码执行就OK，但是.data段和.bss段由于会涉及读写为了，为了更高的读写效率是要一定搬到RAM中执行的，因此bootloader会执行很重要的一步，就是会在RAM中初始化.data和.bss段，搬移或清空相应内存区域。

$ l5 i3 T% j' i1 T0 J* ~

因此我们知道，当启动方式选择的是从内置Flash启动的时候，代码依旧是在Flash中执行，而数据则会被拷贝到内部SRAM中，该过程是由bootloader完成的。bootloader在完成这些流程之后，就会将代码交给main函数开始执行用户代码。

/ W2 k% C! \0 r2 \9 @* {

转载自：学习成长记录站

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6 T- u( u$ W# [- Q5 |0 ]

+ g* r, L% F: A. E6 |2 z6 k0 C