2019年12月14日 | 简析stm32启动过程

说明：本文是杰杰以前保存下来的，出处已经不知道在哪了，应该是各大论坛中，当然转这种文章，到处都有。今天我就把它重写一遍。基于原作者的内容添加一些内容（源码）讲解。杰杰水平有限，出错在所难免，还望各位大神指点一二。

startup_stm32f10x_cl.s
互联型的STM32F105xx，STM32F107xx
startup_stm32f10x_hd.s 大容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_hd_vl.s 大容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_ld.s 小容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_ld_vl.s 小容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_md.s 中容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_md_vl.s 中容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_xl.s 超大容量FLASH在512K到1024K字节的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx

选择启动文件

建立中断服务入口地址，即把中断向量与中断服务函数链接起来。

我们知道在串口NVIC配置中我们只定义了个    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;

也就是中断服务向量，再然后我们在stm32f10x_it.c文件的void USART2_IRQHandler(void){} 函数里添加串口的服务程序。

但是mcu怎么知道中断向量USART2_IRQn对应的是USART2_IRQHandler(){}呢，这个就是启动文件所起的作用。

启动文件定义了Stack_Size  &  Heap_Size

 1__user_initial_stackheap

 2                 LDR     R0, =  Heap_Mem

 3                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)

 4                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)

 5                 LDR     R3, = Stack_Mem

 6                 BX      LR

 7Stack_Size      EQU     0x00000400  

 8                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3  

 9Stack_Mem       SPACE   Stack_Size  

10__initial_sp  

11; Heap Configuration  

12;     Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>  

13;   

14Heap_Size       EQU     0x00000200  

15                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3  

16__heap_base  

17Heap_Mem        SPACE   Heap_Size  

18__heap_limit 

当前的嵌入式应用程序开发过程里，C语言已成为了绝大部分场合的最佳选择。如此一来main函数似乎成为了理所当然的起点——因为C程序往往从main函数开始执行。但一个经常会被忽略的问题是：微控制器（单片机）上电后，是如何寻找到并执行main函数的呢？很显然微控制器无法从硬件上定位main函数的入口地址，因为使用C语言作为开发语言后，变量/函数的地址便由编译器在编译时自行分配，这样一来main函数的入口地址在微控制器的内部存储空间中不再是绝对不变的。相信读者都可以回答这个问题，答案也许大同小异，但肯定都有个关键词，叫“启动文件”，用英文单词来描述是“Bootloader”。

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。

关于“启动模式”

话题转到STM32微控制器，无论是keil uvision4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，程序开发人员可以直接引用启动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器平台跳转至STM32平台，也降低了适应STM32微控制器的难度（对于上一代ARM的当家花旦ARM9，启动文件往往是第一道难啃却又无法逾越的坎）。 相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构，新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后，CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动，即固定了复位后的起始地址为0x000000（PC =0x000000）同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反，有3种情况:

1、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于SRAM区，即起始地址为0x2000000，同时复位后PC指针位于0x2000000处；

2、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于FLASH区，即起始地址为0x8000000，同时复位后PC指针位于0x8000000处；

3、 通过boot引脚设置可以将中断向量表定位于内置Bootloader区，本文不对这种情况做论述；

Cortex-M3内核规定，起始地址必须存放堆顶指针，而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址，这样在Cortex-M3内核复位后，会自动从起始地址的下一个32位空间取出复位中断入口向量，跳转执行复位中断服务程序。对比ARM7/ARM9内核，Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。

细说STM32的启动过程

下面就从ST的启动文件说起，由于库中的startup_stm32f10x_hd.s与编译环境有关，所以针对的是库中的

STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0LibrariesCMSISCM3DeviceSupportSTSTM32F10xstartupTrueSTUDIO路径下的文件进行分析。

 startup_stm32f10x_hd.s:    第147到155行

1Reset_Handler   PROC  

2                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]  

3                IMPORT  __main  

4                IMPORT  SystemInit  

5                LDR     R0, =SystemInit  

6                BLX     R0                 

7                LDR     R0, =__main  

8                BX      R0  

9                ENDP

这个文件里面首先定义了复位中断（复位入口矢量被硬件固定在地址0x0000_0004）的处理函数：Reset_Handler，它的作用就是将保存于flash中的初始化数据复制到sram中，调用上面说到的SystemInit来初始化时钟，接着跳转到main执行。

在进入main函数之前，我们要进行系统初始化：SystemInit 

system_stm32f10x.c：

SystemInit()：在"startup_stm32f10x_xx.s"文件中被调用，功能是设置系统时钟（包括时钟源，PLL系数，AHB/APBx的预分频系数还有 flash的设定），这个函数会在系统复位之后首先被执行。文件中默认的一些设置：允许HSE（外部时钟），FLASH（允许预取缓冲区，设置2个等待周 期），PLL系数为9，开启PLL并选择PLL输出作为时钟源（SYSCLK），后续设置SYSCLK = HCLK = APB2 = 72MHz，APB1 = HCLK/2 = 36MHz，HCLK即AHB的时钟。

SystemCoreClockUpdate()：在系统时钟HCLK变化的时候调用，以更新一个全局变量SystemCoreClock，这个变量可以为应用程序使用，必须保证正确。默认不调用这个函数，因为SystemCoreClock默认被设置为设定的频率了（72MHz）

另外，下面这种设置寄存器的方法值得借鉴，先用位名清除相应的位，再进行设置，例如：

1#define  RCC_CFGR_PLLSRC                     ((uint32_t)0x00010000)        /*!< PLL entry clock source */

2#define  RCC_CFGR_PLLXTPRE                   ((uint32_t)0x00020000)        /*!< HSE divider for PLL entry */

3#define  RCC_CFGR_PLLMULL                    ((uint32_t)0x003C0000)        /*!< PLLMUL[3:0] bits (PLL multiplication factor) */

4#define  RCC_CFGR_PLLSRC_HSE                ((uint32_t)0x00010000)        /*!< HSE clock selected as PLL entry clock source */

5#define  RCC_CFGR_PLLMULL9                  ((uint32_t)0x001C0000)        /*!< PLL input clock*9 */

6/*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */

7RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));

8RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);

接着定义了Default_Handler 很多中断服务函数

一些是系统的，

还有一些我们用到的

 1__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack  

 2                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler  

 3                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler  

 4                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler  

 5                DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler  

 6                DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler  

 7                DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler  

 8                DCD     0                          ; Reserved  

 9                DCD     0                          ; Reserved  

10                DCD     0                          ; Reserved  

11                DCD     0                          ; Reserved  

12                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler  

13                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler  

14                DCD     0                          ; Reserved  

15                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler  

16                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler  

17                ; External Interrupts  

18                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog  

19                DCD     PVD_IRQHandler         ; PVD through EXTI Line detect  

20                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper  

21                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC