本文分析STM32单片机到底是如何软硬件结合的,分析单片机程序如何编译,运行。
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/ W1 m6 g% \* O3 J, D软硬件结合8 ^$ X! `1 L9 T0 _) ^
初学者,通常有一个困惑,就是为什么软件能控制硬件?就像当年的51,为什么只要写P1=0X55,就可以在IO口输出高低电平?要理清这个问题,先要认识一个概念:地址空间。; T; |$ p+ x2 F* W9 m+ ]
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寻址空间6 _! z2 n5 O8 O" n2 _- R H- M
什么是地址空间呢?所谓的地址空间,就是PC指针的寻址范围,因此也叫寻址空间。
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大家应该都知道,我们的电脑有32位系统和64位系统之分,为什么呢?因为32位系统,PC指针就是一个32位的二进制数,也就是0xffffffff,范围只有4G寻址空间。现在内存越来越大,4G根本不够,所以需要扩展,为了能访问超出4G范围的内存,就有了64位系统。STM32是多少位的?是32位的,因此PC指针也是32位,寻址空间也就是4G。; i) t# I* b& b) \5 a7 ]; n
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我们来看看STM32的寻址空间是怎么样的。在数据手册《STM32F407_数据手册.pdf》中有一个图,这个图,就是STM32的寻址空间分配。所有的芯片,都会有这个图,名字基本上都是叫Memory map,用一个新芯片,就先看这个图。& Y" W: o ^( I
* q' M. A; Z4 w; j z3 A
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# E( l' J7 U# c I最左边,8个block,每个block 512M,总共就是4G,也就是芯片的寻址空间。
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: L! ~+ ^# l- H, tblock 0 里面有一段叫做FLASH,也就是内部FLASH,我们的程序就是下载到这个地方,起始地址是0X800 0000,大家注意,这个只有1M空间。现在STM32已经有2M flash的芯片了,超出1M的FLASH放在哪里呢?请自行查看对应的芯片手册。4 ?- p# s5 m/ w5 f# c1 C% A
" u$ u. U5 q! v1 F: g! b' i3 在block 1 内,有两段SRAM,总共128K,这个空间,也就是我们前面说的内存,存放程序使用的变量。如果需要,也可以把程序放到SRAM中运行。407不是有196K吗?
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6 C: ^3 j, _% _! y, ?6 G其实407有196K内存,但是有64k并不是普通的SRAM,而是放在block 0 内的CCM。这两段区域不连续,而且,CCM只能内核使用,外设不能使用,例如DMA就不能用CCM内存,否则就死机。( t8 W2 a$ \; x5 O8 A" E& _* t
' a# m2 Z- S) R" Sblock 2,是Peripherals,也就是外设空间。我们看右边,主要就是APB1/APB2、AHB1/AHB2,什么东西呢?回头再说。
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block 3、block4、block5,是FSMC的空间,FSMC可以外扩SRAM,NAND FALSH,LCD等外设。' o+ T& \6 W. |+ ?4 M1 X6 ~/ ^) [- N
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好的,我们分析了寻址空间,我们回过头看看,软件是如何控制硬件的。对于这个疑惑,也可以看此文:代码是如何控制硬件的?在IO口输出的例程中,我们配置IO口是调用库函数,我们看看库函数是怎么做的。7 z$ [5 d- x! m$ A
$ c7 P# @* q- M8 D) v' r' {例如:* X$ n. V6 V7 U+ V
- GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
复制代码 ( _/ }' I# {$ q m2 J+ R' z; _" u L1 W
这个函数其实就是对一个变量赋值,对GPIOx这个结构体的成员BSRRL赋值。
6 {; Y1 Q: u2 B- void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
' t4 n" Z( M, ~* a- n4 z - {
6 A7 C/ w" z+ n7 \* u+ \7 u - /* Check the parameters */
( p# F& H4 l& u) k2 w+ X2 ]$ Z - assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
; u# O% y* D- B; M2 g/ A$ ? - assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
7 ]& Y5 P$ @# T. t9 T5 T5 u - , J7 G9 v+ {1 o e* N# o& M
- ( M R D$ [# X: U
- GPIOx->BSRRL = GPIO_Pin;
[- `/ C) j/ t/ c' w% f7 {# Z( C - }
复制代码 * x" V2 s- T0 _' C0 G0 w) z
assert_param:这个是断言,用于判断输入参数是否符合要求GPIOx是一个输入参数,是一个GPIO_TypeDef结构体指针,所以,要用->获取其成员
( y% H$ {3 K7 p: x2 A+ k: e$ F" P8 X1 v j- b% U% E4 Z0 t
GPIOx是我们传入的参数GPIOG,具体是啥?在stm32f4xx.h中有定义。0 S& n( T+ b: B
- #define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
复制代码 % b5 h5 E1 h) S$ ]; ?% ^1 v
GPIOG_BASE同样在文件中有定义,如下:
- P4 q0 m/ g& S7 b- /*!< Peripheral memory map */& O9 G& g/ ?, e* d: |3 b6 t
- #define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE4 I# z! c5 ]/ i. B
- #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000)
& `0 b/ Q( U& T" p1 w% c1 U - #define AHB1PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000), N4 J/ y6 k E' m
- #define AHB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000000)
复制代码 + h7 i+ T, h. s: ]
再找找PERIPH_BASE的定义) h h. y: ]6 t
- #define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)
复制代码 到这里,我们可以看出,操作IO口G,其实就是操作0X40000000+0X1800这个地址上的一个结构体里面的成员。说白了,就是操作了这个地方的寄存器。实质跟我们操作普通变量一样,就像下面的两句代码,区别就是变量i是SRAM空间地址,0X40000000+0X1800是外设空间地址。" ^1 }$ r3 t" I8 I7 Y" L+ \) K
- u32 i;" M* T [2 V4 Q+ }& i2 p
- i = 0x55aa55aa;
复制代码 - U' ?* e1 ?5 n. I8 a; {/ Y
这个外设空间地址的寄存器是IO口硬件的一部分。关于如下图STM32的GPIO文章推荐:STM32中GPIO工作原理详解。如下图,左边的输出数据寄存器,就是我们操作的寄存器(内存、变量),它的地址就是0X40000000+0X1800+0x14.
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控制其他外设也类似,就是将数据写到外设寄存器上,跟操作内存一样,就可控制外设了。$ m/ p, X+ h! F0 }
; p1 h* P/ s; t5 j2 ~# `寄存器,其实应该是内存的统称,外设寄存器应该叫做特殊寄存器。慢慢的,所有人都把外设的叫做寄存器,其他的统称内存或RAM。寄存器为什么能控制硬件外设呢?因为,初略的说,一个寄存器的一个BIT,就是一个开关,开就是1,关就是0。通过这个电子开关去控制电路,从而控制外设硬件。
4 p* W6 g2 R; W/ f) z$ O+ v7 U+ M; N. Z& Y
纯软件-包罗万象的小程序
0 A6 O( s( {' {! Z$ [我们已经完成了串口和IO口的控制,但是我们仅仅知道了怎么用,对其他一无所知。程序怎么跑的?关于程序是怎么在单片机运行的,也可以看此视频:动画演示单片机是如何跑程序的。代码到底放在那里?内存又是怎么保存的?下面,我们通过一个简单的程序,学习嵌入式软件的基本要素。
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+ I1 i$ Z$ [! B% F- C分析启动代码. I& F4 N$ Q3 Q, i M/ y
函数从哪里开始运行?
F8 w) Q+ X& j3 N0 V) D4 `) [每个芯片都有复位功能,复位后,芯片的PC指针(一个寄存器,指示程序运行位置,对于多级流水线的芯片,PC可能跟真正执行的指令位置不一致,这里暂且认为一致)会复位到固定值,一般是0x00000000,在STM32中,复位到0X08000004。因此复位后运行的第一条代码就是0X08000004。前面我们不是拷贝了一个启动代码文件到工程吗?startup_stm32f40_41xxx.s,这个汇编文件为什么叫启动代码?因为里面的汇编程序,就是复位之后执行的程序。在文件中,有一段数据表,称为中断向量,里面保存了各个中断的执行地址。复位,也是一个中断。
) c# b/ ^( D) x' {
) w# z2 i; b* v# L% _* e {* \$ a5 v芯片复位时,芯片从中断表中将Reset_Handler这个值(函数指针)加载到PC指针,芯片就会执行Reset_Handler函数了。(一个函数入口就是一个指针)- ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
5 Z( ~' ]; y! t5 l - AREA RESET, DATA, READONLY
% N1 f- @% W3 J X7 b - EXPORT __Vectors
) i1 W+ H5 Y* L6 g% Q# U$ k - EXPORT __Vectors_End
/ I1 b; e) P, _* X - EXPORT __Vectors_Size
% G! t! Z+ b& }. M
) F3 }7 r3 N' B& i- __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
& d' m/ {# f4 ]" C' o' s+ I - DCD Reset_Handler ; Reset Handler
, B* }( d; \& @1 J2 i) {9 v - DCD NMI_Handler ; NMI Handler- f: k0 e Y4 B. x. | `
- DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler: T6 U7 a7 s2 L1 h9 e/ | H1 [
- DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler$ f1 ?, q) J' z$ @5 [: G9 Z
- DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler0 O0 B5 N6 s8 X) p
- DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
复制代码 9 ~2 g' P3 P5 t" V
Reset_Handler函数,先执行SystemInit函数,这个函数在标准库内,主要是初始芯片时钟。然后跳到__main执行,__main函数是什么函数? k4 k, N% M3 d5 f3 F4 u
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是我们在main.c中定义的main函数吗?后面我们再说这个问题。: Q; D$ J3 U" h- l# @: W2 R _, b) [
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$ a3 m9 T* [# S; K芯片是怎么知道开始就执行启动代码的呢?或者说,我们如何把这个启动代码放到复位的位置?这就牵涉到一个一般情况下不关注的文件wujique.sct,这个文件在wujique\prj\Objects目录下,通常把这个文件叫做分散加载文件,编译工具在链接时,根据这个文件放置各个代码段和变量。1 v" w. o" w3 K
% ~1 v. c( f. e在MDK软件Options菜单Linker下有关于这个菜单的设置。
" n/ ^' W4 g/ `8 T% H8 ~
% A) A; Q8 ]6 u7 g1 y
, W. d9 E3 |$ o# F5 d8 y 9 d& n2 j3 Q3 M- l2 T* m( }5 b
" ~. F4 @0 m% f4 i; t2 z' x- X6 R! v
0 Z z% M7 r4 P) j% q! d把Use Memory Layout from Target Dialog前面的勾去掉,之前不可设置的框都可以设置了。点击Edit进行编辑。
# L7 g# \! b4 s% r* ]
0 }! T2 ]7 L1 m$ r* X- t G3 B/ S2 g, ~* ~
e. ]) C1 I. e1 |. G
/ M! S+ N1 H; ?* t
在代码编辑框出现了分散加载文件内容,当前文件只有基本的内容。
% L$ ?9 z+ z1 q+ q- ^5 T: a. d4 p% X% O- l1 T6 f3 w
其实这个文件功能很强大,通过修改这个文件可以配置程序的很多功能,例如:1 指定FLASH跟RAM的大小于起始位置,当我们把程序分成BOOT、CORE、APP,甚至进行驱动分离的时候,就可以用上了。2 指定函数与变量的位置,例如把函数加载到RAM中运行。
; \/ G, D* j3 I+ c6 v5 V
- Y/ j2 E) q1 O
3 C, |9 _ e; s e! g# R8 ?# z: V" T- C: d/ M
从这个基本的分散加载文件我们可以看出:/ [' w# R6 j) _) D+ t- j# ~) K
7 A! {5 Q" q- C* L( ?: r5 I2 W, X8 _第6行 ER_IROM1 0x08000000 0x00080000定义了ER_IROM1,也就是我们说的内部FLASH,从0x08000000开始,大小0x00080000。6 |, G% ]$ d) t5 G, w' {2 U
G- D. Y8 z7 ?- [% r' |$ J第7行.o (RESET, +First)从0x08000000开始,先放置一个.o文件, 并且用(RESET, +First)指定RESET块优先放置,RESET块是什么?请查看启动代码,中断向量就是一个AREA,名字叫RESET,属于READONLY。这样编译后,RESET块将放在0x08000000位置,也就是说,中断向量就放在这个地方。DCD是分配空间,4字节,第一个就是__initial_sp,第二个就是Reset_Handler函数指针。也就是说,最后编译后的程序,将Reset_Handler这个函数的指针(地址),放在0x800000+4的地方。所以芯片在复位的时候,就能找到复位函数Reset_Handler。
+ `* s( _( ]3 G# V
, R h6 \% @& T第8行 *(InRoot$$Sections)什么鬼?GOOGLE啊!回头再说。/ S+ L6 t& }8 y1 j e' p4 E
+ `) ^! e8 n7 j0 c
第9行 .ANY (+RO)意思就是其他的所有RO,顺序往后放。就是说,其他代码,跟着启动代码后面。
6 @. V: J9 }9 f( k0 {' {
3 @9 V8 S0 ~2 l* s0 }# z9 W+ x第11行 RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000定义了RAM大小。
* `* \6 o8 j6 E, i; ?
& I2 O. l& i( C8 N) I* ~, U第12行 .ANY (+RW +ZI)所有的RW ZI,全部放到RAM里面。RW,ZI,也就是变量,这一行指定了变量保存到什么地址。
* h" F' \7 L5 ^" `3 i) B3 j6 T+ B4 u: {( c: `# Q
分析用户代码
! r- p) c* [/ N( A4 W! b7 B到此,基本启动过程已经分析完。下一步开始分析用户代码,就从main函数开始。6 R- g; c# y2 L5 E
5 Q# Y8 s6 I# |5 ]- \# m1 程序跳转到main函数后:RCC_GetClocksFreq获取RCC时钟频率;SysTick_Config配置SysTick,在这里打开了SysTick中断,10毫秒一次。Delay(5);延时50毫秒。- int main(void)
9 x0 X' L5 L8 U8 F \/ N7 R - {
* U9 J& k1 T G( ^ - GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;4 V$ ]$ j" R& N9 q9 q
5 @' p9 X6 M3 J! X- /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,2 S) V' B/ n, C, y( T5 c6 u. d
- this is done through SystemInit() function which is called from startup F9 U7 C+ v* t& R
- files before to branch to application main.+ X* f0 ]" s {- {
- To reconfigure the default setting of SystemInit() function,
& I% X) p% k( Y+ U+ P - refer to system_stm32f4xx.c file */
- \% P: A+ Y7 o/ O3 k) X! m) ] - ' b) g* R8 \, x% O8 V& r8 t) b
- /* SysTick end of count event each 10ms */
( ~& F1 `" V* h& V. q, o0 J - RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks);" i% F: {, M2 g1 }
- SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 100);& Q7 \' K4 R6 S! }% c$ s0 p
- 3 P* W9 W: w1 I# _1 Y- w. P
- /* Add your application code here */
0 j# g+ }) ]' ?* n" C) @ - /* Insert 50 ms delay */
8 j9 Q l4 {* j0 Y" a - Delay(5);
复制代码 : }* }6 O$ @! V, v7 I) g7 B+ ^
2 初始化IO就不说了,进入while(1),也就是一个死循环,嵌入式程序,都是一个死循环,否则就跑飞了。- /*初始化LED IO口*/
. N8 k& `& j1 A. y8 a' f5 z5 \2 u ^ - RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);$ n( @8 r4 s. J# X' |6 F
9 z5 L2 Y% t5 |; T" p+ q' E- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3;
) r4 n) H- j2 k7 L/ e5 m& V# E+ Z - GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;2 q9 O6 ?0 F5 |! _# Z
. M! `- ~& p3 b+ M! ?- GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
J- B4 Y3 ?) n( W - GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
0 z' n, \0 [4 A: u8 Z8 b - GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;3 y9 I$ \ o- q; k3 X: G; w; b
- GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
: g4 ~) M, }. y' E( H* u - 3 B% C8 F5 B3 u/ F' P
- /* Infinite loop */
+ c/ ^# {& {' M: c - mcu_uart_open(3);
7 y: G1 @4 m7 ?3 o - while (1)$ U4 W4 \! W" a8 c$ Z, ]
- {
; c& y# N. Y& f! D |8 M. ]5 { - GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3);- A* {! ]4 x$ p8 b" d& p
- Delay(100);8 ^# S, I1 \. u8 }5 o* i( Y" t( [
- GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3);
4 ]% m1 \ P0 V" l - Delay(100);
( Z( l7 T4 i7 @2 r0 r - mcu_uart_test();; [1 H) S% }& U- Q6 L( x) q
- ( U/ B7 ~% m0 ^: S
- TestFun(TestTmp2);1 h6 Q5 B' X% a' S# s" K
- }
复制代码 7 u4 |8 Q6 K9 T( o+ P! }
3 在while(1)中调用TestFun函数,这个函数使用两个全局变量,两个局部变量。- /* Private functions ---------------------------------------------------------*/6 ?1 Y5 @3 n$ Y3 l e
- u32 TestTmp1 = 5;//全局变量,初始化为5+ @' j5 @! A/ E
- u32 TestTmp2;//全局变量,未初始化
2 r! P' k8 |8 C7 z! T" u8 @ - 1 C }4 {* V2 G
- const u32 TestTmp3[10] = {6,7,8,9,10,11,12,13,12,13};* J/ `8 N' K+ t; c# g4 C
$ d1 t9 A- ^' T, i- u8 TestFun(u32 x)//函数,带一个参数,并返回一个u8值
7 ]$ t9 x% S- \6 p+ B0 J - {
- r3 V4 ?& z [% J6 F8 g' ]* z - u8 test_tmp1 = 4;//局部变量,初始化
: u a. N3 s' `9 k - u8 test_tmp2;//局部变量,未初始化
+ x8 c7 W; A/ G$ v
& M! V! m0 ]2 J! ?& \' |* G- static u8 test_tmp3 = 0;//静态局部变量1 p, h* O1 g K9 \4 V
+ }' B0 B/ @1 ~4 R" }7 H' H! v: l- test_tmp3++;$ E6 t6 `( Q- c
- 6 l/ F, i! ~3 r w# W3 _6 ?2 m5 l
- test_tmp2 = x;
8 _$ T( T/ \1 b5 `: \ - ' D5 J: f$ B! Z! |1 E, X
- if(test_tmp2> TestTmp1)
- D7 E& s8 |, a) L' n# C; g - test_tmp1 = 10;
* |8 x- J1 e/ }3 P7 z - else
) E& t: y0 `" f- P: t% [- _! t - test_tmp1 = 5;
9 Q% O1 h; q- ~& w
8 P* N) i$ b* r5 k- TestTmp2 +=TestTmp3[test_tmp1];
1 h, K+ H6 g7 ^% X - 3 R3 x: V* D4 p' Y) c# |
- return test_tmp1;
! P1 z$ L' K! K" ? - }
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' Q4 y2 y- Y# [# K; J1 D7 N6 g然后程序就一直在main函数的while循环里面执行。中断呢?对,还有中断。中断中断,就是中断正常的程序执行流程。相关文章:STM32中断系统。我们查看Delay函数,uwTimingDelay不等于0就死等?谁会将uwTimingDelay改为0?- /**
" F! {" S, t! w- A# f* ^ - * @brief Inserts a delay time.
5 {7 [/ c/ s2 ?8 R( \9 h) W4 g - * @param nTime: specifies the delay time length, in milliseconds.
3 x; Z# R: y; @+ I8 J - * @retval None) T9 I* r' @1 }# ^, W! } k
- */
8 W# T+ I4 t% e: T; ~1 O - void Delay(__IO uint32_t nTime)
1 }0 M. q; K+ w) l - {
/ H0 [5 `, [! b0 m6 f7 q& Y - uwTimingDelay = nTime;# v4 o1 V. z7 d7 K; V! a0 C9 E) q
- r8 _1 m& F# ^- D0 M( V5 H
- while(uwTimingDelay != 0);
, x- _! Z6 ^1 C% I# r - }
复制代码 4 W% N% v+ p. a" E& U' p
搜索uwTimingDelay变量,函数TimingDelay_Decrement会将变量一直减到0。
3 _0 C! o4 j1 \# E" h- /**" {" ^) ?( v7 B# J; K6 l, ?' r# z
- * @brief Decrements the TimingDelay variable.
& J: y: M" x) t; J: D4 ]$ o - * @param None
8 c6 |/ { A1 n/ \ - * @retval None
' G# z7 N% G( Z: {2 l" e' c - */
+ _: Q( _( g0 j# X - void TimingDelay_Decrement(void)& ?# ], S9 u0 m |/ d
- {
5 _ x) k6 d4 F& c! u - if (uwTimingDelay != 0x00). l: }* O% x& ]% [, D) z9 B
- {
1 `/ H3 s! E" @& h" p - uwTimingDelay--;
1 j* Q& j9 D- A' T& P3 W7 l$ h% X - }9 Q7 ^; A+ L( [' G c4 ~
- }
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5 m/ ]0 K n/ x9 {/ |, C这个函数在哪里执行?经查找,在SysTick_Handler函数中运行。谁用这个函数?- /**# f* a5 _8 R. B I8 t& U1 m; p' m
- * @brief This function handles SysTick Handler.9 g- U, ]- [9 o, w& c! [& s( z: `
- * @param None
# e2 d1 G3 Q; `4 v5 J" a - * @retval None
. J: X# Z2 Y H% L& Y8 y - */; D8 C5 ?% `' V
- void SysTick_Handler(void)
) i* H7 E0 S+ s' o! A3 _9 @7 y - {
3 }& \- y4 p* g8 c: `" Y0 Y- @ - TimingDelay_Decrement();
' E1 E. R+ G5 Y3 H& }1 g, F' x - }
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8 V" I1 @1 K) }: Z$ f经查找,在中断向量表中有这个函数,也即是说这个函数指针保存在中断向量表内。当发生中断时,就会执行这个函数。当然,在进出中断会有保存和恢复现场的操作。这个主要涉及到汇编,暂时不进行分析了。有兴趣自己研究研究。通常,现在我们开发程序不用关心上下文切换了。- __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack* e/ m" B0 `% \+ _+ m- _: y3 ?6 ~
- DCD Reset_Handler ; Reset Handler. k+ i% ?7 u% f& b
- DCD NMI_Handler ; NMI Handler
8 T5 n% e1 w3 x0 s, n5 r - DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
& q3 O( _( C$ ~% T& X - DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler% O* e, `, g2 r, M
- DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler' O5 {) J4 m. Y. B- h3 [' s6 X
- DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
: [) k9 ?1 m3 s - DCD 0 ; Reserved
$ u" ~- b. p1 M* G9 o) Y3 ^! Z' o - DCD 0 ; Reserved
1 x3 g5 b. |# o( `- a/ `6 H; W4 z - DCD 0 ; Reserved
; f2 c7 q& Y% c - DCD 0 ; Reserved
0 P7 a, W7 U( c' h* k" K4 S+ R - DCD SVC_Handler ; SVCall Handler
& f( R; G% y2 ?$ V* w - DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler/ s5 S9 b% |) R8 _
- DCD 0 ; Reserved% \8 b% D/ A# \7 \% x; j
- DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler
3 ?8 z0 f' p- T, H - DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
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5 y2 u3 l/ W6 g. m! c余下问题* N R( y3 K8 o: l1 y7 a, g
1 __main函数是什么函数?是我们在main.c中定义的main函数吗?2 分散加载文件中*(InRoot$$Sections)是什么?3 ZI段,也就是初始化为0的数据段,什么时候初始化?谁初始化?
" R3 Z7 k* \& I0 Y3 M( D1 h# }" O# r* E# k
为什么这几个问题前面留着不说?因为这是同一个问题。顺藤摸瓜!" [0 {4 F% W$ P( `6 n
+ V2 x+ t6 c# Q: R
, x, ^: E$ U* N/ R
通过MAP文件了解代码构成2 b" i" o& G' l+ A' @" o
编译结果! x9 ~% @. l, t7 c' U; v
程序编译后,在下方的Build Output窗口会输出信息:- *** Using Compiler 'V5.06 update 5 (build 528)', folder: 'C:\Keil_v5\ARM\ARMCC\Bin'7 G0 z5 w8 J# `: h( q/ r
- Build target 'wujique'6 N& j, X( {) b* T" C. @
- compiling stm32f4xx_it.c...- D" E& G5 I- h; h# z# N, S
- ...
( ~& f5 b5 N1 x, ^ `8 g7 { - assembling startup_stm32f40_41xxx.s...1 ~; L3 G+ L: e6 d/ ^- V
- compiling misc.c...
0 T- _2 S+ A# F) S - ...6 A9 A) ]* ~' m& ~. z/ Y
- compiling mcu_uart.c...% O% O9 W3 S7 w7 d
- linking...
L! f+ V {* j( |. Z - Program Size: Code=9038 RO-data=990 RW-data=40 ZI-data=6000
- l s7 ^* j. _; Q) y - FromELF: creating hex file...
& j' _. O/ g" @/ ~6 h; p7 B - ".\Objects\wujique.axf" - 0 Error(s), 0 Warning(s).
4 m* e. f. q8 j/ o% V3 j - Build Time Elapsed: 00:00:32
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: e+ }5 Y' ~7 E6 y f% y4 @; r编译目标是wujique
7 m1 u: Z; B! R# l% [" kC文件compiling,汇编文件assembling,这个过程叫编译1 X1 V7 b6 J5 `8 x
编译结束后,就进行link,链接。2 S8 l9 b$ n3 P+ M& l! Z
最后得到一个编译结果,9038字节code,RO 990,RW 40,ZI 6000。CODE,是代码,很好理解,那RO、RW、ZI都是什么?- s9 l$ v. m2 {: i! K" ?) W
FromELF,创建hex文件,FromELF是一个好工具,需要自己添加到option中才能用
7 l- ~0 v% S0 v, _% f, ?; |6 k
$ ^0 u- l+ L# k6 w# o) u7 Wmap文件配置
0 j& v% ]- [& P* Z9 i: h更多编译具体信息在map文件中,在MDK Options中我们可以看到,所有信息都放在\Listings\wujique.map
7 K7 U# w ~" v- ?1 C* B' I1 v% O* d
默认很多编译信息可能没钩,钩上所有信息会增加编译时间。
4 U3 f% g" U c* h# |; }1 n; P3 T( @2 o, ^ p7 h5 U8 a
3 \( g# T2 j( ]' ~5 ]. S
" J2 u7 h- I. E" e/ B8 omap文件( H( a2 ]4 R% B5 f
打开map文件,好乱?习惯就好。我们抓重点就行了。
/ t, |" r5 ?7 i; O
4 e9 X# d# L: ^* u4 ?6 i
: U3 P' _: p3 D, ?
' ~0 S" A% [9 ^
map 总信息- X' o& ?* O0 H1 X4 r3 l
( S) h# M. `1 Q4 Q( H9 n
从最后看起,看到没?最后的这一段map内容,说明了整个程序的基本概况。
% ]( t* Z8 T! B0 [
2 C. ^" U. ^- j7 D, i有多少RO?RO到底是什么?! l' K- o: _* k9 l7 g$ _* y
( G: s! C' }; t* h# u; c& M
有多少RW?RW又是什么?3 z. k0 O/ t# u i1 m
0 a, ?0 j0 d# N1 r- y0 n' E* fROM为什么不包括ZI Data?为什么包含RW Data?4 Z" L; ]& X, P; Z' U8 @) r6 \
* ^4 ?# w% F. l, E# F3 E4 Q* V/ i
" O; U, E: A0 }& VImage component sizes
9 a' D6 N0 t* z7 x& s! U7 F1 ]: P; [& V. a
往上,看看Image component sizes,这个就比刚刚的总体统计更细了。
2 D- I9 u2 a# `& y* J, i! X( t9 I$ R4 F. s. H0 D
这部分内容,说明了每个源文件的概况
& f- |8 Q# j: |9 k; ?9 S
) a3 a, |- j0 A u首先,是我们自己的源码,这个程序我们的代码不多,只有main.o,wujique_log.o,和其他一些STM32的库文件。1 ~4 M& n+ ?1 ^- Q( r
- w! N& Y! u c( O/ X0 g
9 [8 V- f& @, @: B: F: [6 y4 ^" n P8 t
第2部分是库里面的文件,看到没?里面有一个main.o。main函数是不是我们写的main函数?明显不是,我们的main函数是放在main.o文件。这么小的一个工程,用了这么多库,你以前关注过吗?估计没有,除非你曾经将一个原本在1M flash上的程序压缩到能在512K上运行。
- d# O" R/ v: t$ ? ~7 M$ K# X( h2 E( J" \" M: U
7 h2 L9 a" ?" `& q- Y
: ]7 g1 i5 w: ?; \1 u5 o# w第3部分也是库,暂时没去分析这两个是什么东西。
. B; L& D- d% o
9 _; U# v9 n: c
3 l9 O1 o( M. R' z8 F
% b% q: u2 w$ f4 O2 h# V库文件是什么?库文件就是别人已经别写好的代码库。在代码中,我们经常会包含一些头文件,例如:& T& C& d9 h6 H% u, I: ^
#include <stdarg.h>' L, @' u/ Q3 V8 h: E5 ?) R& Q
#include <stdlib.h>
; S0 D. y9 T4 e9 D7 z$ B#include <string.h> , F* I% J4 R5 c! I
1 a$ O2 e3 E+ Y这些就是库的头文件。这些头文件保存在MDK开发工具的安装目录下。我们经常用的库函数有:memcpy、memcmp、strcmp等。只要代码中包含了这些函数,就会链接库文件。
( E# c3 k% g8 M* A7 D/ @( ~( c7 f5 j% p5 y3 h' Q4 g/ |
$ b7 m0 i. H5 m( c
文件map
H& ^" R# H( g$ j. [( J再往上,就是文件MAP了,也就时每个文件中的代码段(函数)跟变量在ROM跟RAM中的位置。首先是ROM在0x08000000确实放的是startup_stm32f40_41xxx.o中的RESET
& [$ i5 K: A0 l. F4 L- c1 j; P, m) R" D1 `8 H
库文件是什么?
4 N0 [4 o3 @4 S' r7 G6 g库文件就是别人已经别写好的代码库。: F* U, u. g" ~: b! m- ]
+ ~4 \9 B7 {! C) r
在代码中,我们经常会包含一些头文件,例如:
4 `7 H9 L/ j; C8 Y8 p- #include <stdarg.h>
% H; y. }7 t9 T7 l1 z - #include <stdlib.h>+ B, g' i% f$ M6 f
- #include <string.h>
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这些就是库的头文件。相关文章:C语言中的头文件。这些头文件保存在MDK开发工具的安装目录下。9 M5 e4 S7 ~9 Z
# |, p! A e! u) \& ?我们经常用的库函数有:memcpy、memcmp、strcmp等。" R' l3 A5 X0 r0 M
7 W! {" R6 s( b1 m% I* H只要代码中包含了这些函数,就会链接库文件。2 a& |5 X6 O' E# |
& w, \. p. o9 c! U- m# p# p
文件map9 a. C T6 J7 i, B
再往上,就是文件MAP了,也就时每个文件中的代码段(函数)跟变量在ROM跟RAM中的位置。首先是ROM在0x08000000确实放的是startup_stm32f40_41xxx.o中的RESET- Y" J8 [' {' G: J9 h N- B
# c c4 S/ E2 Q* C' V5 e
6 g! ? Y3 m: ?" B1 H- L J3 a; C1 h, z
每个文件有有多行,例如串口,4个函数。
. W* h) F+ u0 C+ G, [/ D
5 v0 D% t0 _) F- Y
$ U0 k- Q! c" m/ n" Z
2 `. D- j6 q! f, t* B, }; X然后是RAM的,main.o中的变量,放在0x20000000,总共有0x0000000c,类型是Data、RW。串口有两种变量,data和bss,什么是bss?这两个名称,是section name,也就是段的意思。看前面type和Attr,
9 L: p: I N) j' l4 H/ D7 n
* y9 g; k7 p1 d3 A7 S! N3 jRW Data,放在.data段;RW Zero放在.bss段,RW Zero,其实就是ZI。到底哪些变量是RW,哪些是ZI?* {* R, ]; m L
0 P) {) {# E& x: |
1 W- z$ E1 y% O# C
5 p8 J; r9 j7 s) ^* h& `8 o% CImage Symbol Table' q+ l8 }% X G2 E) k7 b
! f( G8 \) j _' l5 c再往上就是Image Symbol Table,就更进一步到每个函数或者变量的信息了2 M( ?( d: g$ b7 C- \+ ]
- g/ B! F. \+ y2 v* N- q
C- f0 @1 ?" C0 G0 r9 E4 k% k8 F! N7 h( i4 A4 W9 j' V4 T
例如,全局变量TestTmp1,是Data,4字节,分配的位置是0x20000004。
1 _) L0 u a0 w& S, O5 e( `4 l3 o) P0 O& i3 c# Z% k
* ~" A. }6 l4 [/ g( N# K' h, J4 i" \& O
TestTmp3数组放在哪里?放在0X080024E0这个地方,这可是代码区额。因为我们用const修饰了这个全局变量数组,告诉编译器,这个数组是不可以改变的,编译器就将这个数组保存到代码中了。程序中我们经常会使用一些大数组数据,例如字符点阵,通常有几K几十K大,不可能也没必要放到RAM区,整个程序运行过程这些数据都不改变,因此通过const修饰,将其存放到代码区。+ M9 @* k2 D+ D
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const的用处比较多,可以修饰变量,也可以修饰函数。更多用法自行学习) A4 \/ A0 D0 @
: T0 @. W4 O" n* [. Y: [$ H2 W+ {0 ~9 T. _( B
' P% @1 F/ t8 T3 F3 b6 c
那局部变量存放在哪里呢?我们找到了test_tmp3,
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& y# C+ Q+ {! K2 h2 ]& `- p( J8 k
9 X. |" _, }, O3 L% l- n没找到test_tmp1/test_tmp2,为什么呢?在定义时,test_tmp3增加了static定义,意思就是静态局部变量,功能上,相当于全局变量,定义在函数内,限制了这个全局变量只能在这个函数内使用。哪test_tmp1、test_tmp2放在哪里呢? 局部变量,在编译链接时,并没有分配空间,只有在运行时,才从栈分配空间。- <blockquote>u8 TestFun(u32 x)//函数,带一个参数,并返回一个u8值
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上一部分,我们留了一个问题,哪些变量是RW,哪些是ZI?我们看看串口变量的情况,UartBuf3放在bss段,其他变量放在.data段。为什么数组就放在bss?bss是英文Block Started by Symbol的简称。
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( g- W3 T3 b" F5 c4 f: {7 M% q* [4 f- ]/ v3 r/ r9 }5 w+ ]
4 j& }2 P4 v+ w& N; S% c) Z" Q( _/ e
到这里,我们可解释下面几个概念了:
$ O1 x6 J* g% p8 B6 A/ a, |" ?Code就是代码,函数。/ ~1 j' ]8 m) k$ f) p8 @( _# _' q
RO Data,就是只读变量,例如用const修饰的数组。
: ?" {$ Q) W2 I6 oRW Data,就是读写变量,例如全局变量跟static修饰的局部变量。
) _6 o6 ?$ K, E4 K' @- O [5 @ZI Data,就是系统自动初始化为0的读写变量,大部分是数组,放在bss段。) z+ q# q( k& V. t* E
RO Size等于代码加只读变量。
" @' N( K6 `5 E5 G1 t/ l- [RW Size等于读写变量(包括自动初始化为0的),这个也就是RAM的大小。0 B! O$ F6 o# b/ g6 y- W/ Y8 S! S1 [
ROM Size,也就是我们编译之后的目标文件大小,也就是FLASH的大小。但是?为什么会包含RW Data呢?因为所有全局变量都需要一个初始化的值(就算没有真正初始化,系统也会分配一个初始化空间),例如我们定义一个变量u8 i = 8;这样的全局变量,8,这个值,就需要保存在FALSH区。
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我们看看函数的情况,前面我们不是有一个问题吗?__main和main是一个函数吗?查找main后发现,main是main,放在0x080005798 R$ y9 J5 O; Y. w* a" G" ?
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; V; p: m ~- S5 ]
main是main,放在0x08000189: t! Z- \; Y; J& g$ {" m
0 T' L) P& E$ Y& J1 k7 N" |% T9 }( `1 s; v9 y
2 `! ~2 {& m9 n0 o! e8 U__main到main之间发生了什么?还记得分散加载文件中的这句吗?, J% s+ K& N" K( x6 n
*(InRoot$$Sections)6 y6 `! V! d# g) a
6 U+ y* q! z7 q* s2 ^5 S9 [
__main就在这个段内。下图是__main的地址,在0x08000189。__Vectors就是中断向量,放在最开始。9 f! N' Z( C* p
1 x. U; ^* ~# k
1 o: {- M8 Y0 Y' r7 s; Q- e2 V
% S, x5 w: h2 g- H在分散加载文件中,紧跟RESET的就是*(InRoot$$Sections)。
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- h, Z4 q! W# i- ^" H
V$ b7 l( u: Z5 u而且,RESET段正好大小0x00000188。
9 K! h: B# A3 z8 i0 M P; i6 h5 j1 v! Y4 C
+ v4 ]) T! {' ^- c( D Z" \# M5 p0 E& c8 @3 |
巧合?可以参考PPT文档《ARM嵌入式软件开发.ppt》。
5 P7 X6 l' T6 c/ X6 z- S$ j) f# w! z) j9 k
6 K+ z; ?1 w/ b" h& x7 p
( P. N+ L4 E) n这一段代码都完成什么功能呢?主要完成ZI代码的初始化,也就是将一部分RAM初始化为0。其他环境初始化……
+ _) ?6 A" A+ ^
( r# T3 M2 }/ D4 q7 t) ~8 B! M9 Y4 ~: z& g8 Z
最后
4 S ?8 p; U$ S0 A到这里,一个程序,是怎么组成的,程序是如何运行的,基本有一个总体印象了。
5 L5 f. [2 B; y: @$ ~! @, M6 u" u
0 U+ }- ^$ h0 e5 R2 k
转载自: [color=var(--weui-LINK)][url=]STM32嵌入式开发[/url]
( s$ r9 l4 M5 f% \9 J( H/ b3 i如有侵权请联系删除! _% i. o% u' t- }$ ]7 I: p( `* x6 d
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