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单片机启动过程：main之前干了啥

单⽚机启动过程：main之前⼲了啥

Version S Description Date By V1C First Version2020-12-19AYZP

C―― Create，

A—— Add，

M—— Modify，

D—— Delete。

前⾔

单⽚机在执⾏main函数之前，都⼲了什么呢？都做了什么准备呢？来总结⼀下。

⼀准备

⽤KEIL学STM32单⽚机编程的时候，按下其仿真按钮

再按下RST按钮

会发现进⼊到⼀个启动⽂件startup_stm32f10x_md.s，运⾏指⽰光标，会停在⼀个位置上：

详细代码见附录A，这块代码前⾯是栈⼤⼩设置stack size、堆⼤⼩设置heap size、⼀堆中断向量表Vector Table

可以看到，我们的运⾏光标停在Reset_Handler处。在我们执⾏__main之前，还要执⾏SystemInit，这个SystemInit包括什么呢，打开看看。我们会发现这个SystemInit在⽂件system_stm32f10x.c⽂件中，是⼀个函数，⾥⾯的动作包括很多，详细代码放在附录B，有兴趣看看。

⼆分析

分析全是看别⼈的，链接见参考⽂献

2.1 MCU程序执⾏过程

MCU上电（复位）时，从固定的地址启动，⼀般是地址0x00000000，如ARM7；个别特殊的如STM32默认启动地址为

0x8000000（flash区启动）。

STM32的内部闪存地址起始于0x8000000，⼀般情况下，程序⽂件就从此地址开始写⼊。此外STM32是基于Cortex-M3内核的微控制器，其内部通过⼀张“中断向量表”来响应中断，程序启动后，将⾸先从“中断向量表”取出复位中断向量（上⾯的Reset_Handler）执⾏复位中断程序完成启动。

程序执⾏过程如下图：

1、STM32复位后，会从地址为0x8000004处取出复位中断向量的地址，并跳转执⾏复位中断服务程序，如图1中标号1 所⽰。

2、复位中断服务程序执⾏的最终结果是跳转⾄C程序的main函数，如上图中标号2 所⽰，⽽main函数应该是⼀个死循环，是⼀个永不返回的函数。（我们这篇⽂章主要就是这⾥了，跳到main函数前，程序⼲了啥，见下⼀节）

3、在main函数执⾏的过程中，发⽣了⼀个中断请求，此时STM32的硬件机制会将PC指针强制指回中断向量表处，如图中标号3 所⽰。

4、根据中断源进⼊相应的中断服务程序，如图1中标号5 所⽰。

5、中断服务程序执⾏完毕后，程序再度返回⾄main函数中执⾏，如图中标号6 所⽰。

STM32的内部闪存地址起始于0x8000000，⼀般情况下，程序⽂件就从此地址开始写⼊。此外STM32是基于Cortex-M3内核的微控制器，其内部通过⼀张“中断向量表”来响应中断，程序启动后，将⾸先从“中断向量表”取出复位中断向量执⾏复位中断程序完成启动。⽽这张“中断向量表”的起始地址是0x8000004，当中断来临，STM32的内部硬件机制亦会⾃动将PC指针定位到“中断向量表”处，并根据中断源取出对应的中断向量执⾏中断服务程序。最后还需要知道关键的⼀点，通过修改STM32⼯程的链接脚本可以修改程序⽂件写⼊闪存的起始地址。

2.2 main 之前⼲了啥

启动过程主要完成两部分⼯作，⼀个是硬件执⾏环境，如中断向量表、寄存器、看门狗等，另⼀个是软件环境，如C库环境、ZI（未初始化的内存变量）等。

2.2.1 硬件执⾏环境

纳米氧化铋1.初始时钟

初始化内核时钟，主时钟，各个外设的时钟。

2.关闭看门狗

看门狗是⽤来监控应⽤程序的异常跑飞⽽复位CPU，在初始化阶段，由于没有“喂狗”这⼀动作，有可能导致CPU不断复位，因此，⾸先会关闭看门狗，初始化完，再开启。

3.建⽴中断向量表

中断向量表，中断源的识别标志，可⽤来形成相应的中断服务程序的⼊⼝地址，或者中断服务程序⼊⼝地址的偏移量和段基值。CPU利⽤中断向量表转⼊中断服务程序处理相关事务。

4.初始化堆栈寄存器

堆栈的作⽤⼀个就是保存现场（上下⽂），如函数调⽤或者中断发送时，将当前执⾏地址压栈，调⽤完成再返回此处执⾏程序。另⼀个作⽤就是保存参数，如临时变量。因此，在启动阶段需初始化堆栈寄存器、堆栈的⼤⼩、起始地址等。

5.内存初始化

选择内部或者外部RAM。

2.2.2 软件环境

1.把RO，RW从它们的加载域复制到它们的运⾏域中去。

2.初始化（清零）ZI域。

mlssa3.初始化堆栈指针

4.初始化C库环境

包括C库所需的内存空间、程序执⾏所需资源、C库初始化。

2.2.3 CortexM3启动

CortexM3有3种启动⽅式

1、BOOT1=1BOOT0=1，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、BOOT1=xBOOT0=0，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、BOOT1=0BOOT0=1，中断向量表定位于内置Bootloader区，此时可通过串⼝下载程序的⼆进制⽂件到flash区。

⽽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。即是对于flash启动来说（正常⼯作也是flash启动），0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp，0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler⼊⼝地址（STM32使⽤32位总线，存储空间为4字节对齐）；在编写多段程序时，偏移地址空间需注意，如编写⼀个BootLoader，从BootLoader到应⽤程序段的相互跳转。

2.3 流程

关于STM32上电启动的流程，我理解的是这样：

根据boot引脚的电平，确定程序起始地址，同时PC指针指向该地址。（假设从内部flash启动，起始地址0x08000000）；

从0x08000000取出MSP栈顶指针；（设置堆栈）

从0x08000004取出值赋给PC，即reset_handler的地址，然后执⾏reset_handler程序。（想想2.1的那张图）。在reset_handler中完成功能：

时钟初始化、看门狗、中断向量表、内存初始化、堆栈初始化、初始化运⾏环境(⼀些库)等。（此处顺序如何⽬前2020-12-19还不知道）

执⾏main

参考⽂献

附录A

启动⽂件startup_stm32f10x_md.s

;

人体结构学* File Name : startup_stm32f10x_md.s

;* Author : MCD Application Team

;* Version : V3.5.0

;* Date :11-March-2011

;* Description : STM32F10x Medium Density Devices vector table for MDK-ARM

;* toolchain.

;* This module performs:

;*- Set the initial SP

;*- Set the initial PC == Reset_Handler

;*- Set the vector table entries with the exceptions ISR address

;*- Configure the clock system

;

*- Branches to __main in the C library (which eventually

;* calls main()).

;* After Reset the CortexM3 processor is in Thread mode,

;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main.

;*<<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>

;*******************************************************************************

; THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS

; WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE TIME. ; AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY DIRECT,

; INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING FROM THE

; CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE CODING

; INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.

;*******************************************************************************

; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack

; Tailor this value to your application needs

;<h> Stack Configuration

;<o> Stack Size (in Bytes)<0x0-0xFFFFFFFF:8>

;</h>

Stack_Size EQU 0x00000400

AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

Stack_Mem SPACE Stack_Size

__initial_sp

;<h> Heap Configuration

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

;</h>

Heap_Size EQU 0x00000200

AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

__heap_base

Heap_Mem SPACE Heap_Size

__heap_limit

PRESERVE8

THUMB

;

Vector Table Mapped to Address 0 at Reset

AREA RESET, DATA, READONLY

EXPORT __Vectors

EXPORT __Vectors_End

EXPORT __Vectors_Size

__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack

DCD Reset_Handler ; Reset Handler

DCD NMI_Handler ; NMI Handler

DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler

DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler

DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler

DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler

DCD 0; Reserved

DCD SVC_Handler ; SVCall Handler

社会发展简史DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler

DCD 0; Reserved

DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler

DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler

; External Interrupts

DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog

DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect

DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper

DCD RTC_IRQHandler ; RTC

DCD FLASH_IRQHandler ; Flash

DCD RCC_IRQHandler ; RCC

DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0

DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1

DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2

DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3

DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4

DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ; DMA1 Channel 1

DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ; DMA1 Channel 2

DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ; DMA1 Channel 3

DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ; DMA1 Channel 4

DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ; DMA1 Channel 5

DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ; DMA1 Channel 6

DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ; DMA1 Channel 7

DCD ADC1_2_IRQHandler ; ADC1_2

DCD USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler ; USB High Priority or CAN1 TX DCD USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low Priority or CAN1 RX0 DCD CAN1_RX1_IRQHandler ; CAN1 RX1二苯并菲

DCD CAN1_SCE_IRQHandler ; CAN1 SCE

DCD EXTI9_5_IRQHandler ; EXTI Line 9..5

DCD TIM1_BRK_IRQHandler ; TIM1 Break

DCD TIM1_UP_IRQHandler ; TIM1 Update

DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ; TIM1 Trigger and Commutation DCD TIM1_CC_IRQHandler ; TIM1 Capture Compare

DCD TIM2_IRQHandler ; TIM2

DCD TIM3_IRQHandler ; TIM3

DCD TIM4_IRQHandler ; TIM4

DCD I2C1_EV_IRQHandler ; I2C1 Event

DCD I2C1_ER_IRQHandler ; I2C1 Error

DCD I2C2_EV_IRQHandler ; I2C2 Event

DCD I2C2_ER_IRQHandler ; I2C2 Error

DCD SPI1_IRQHandler ; SPI1

DCD SPI2_IRQHandler ; SPI2

DCD USART1_IRQHandler ; USART1

DCD USART2_IRQHandler ; USART2

DCD USART3_IRQHandler ; USART3

DCD EXTI15_10_IRQHandler ; EXTI Line 15..10

DCD RTCAlarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI Line

DCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspend

__Vectors_End

__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

AREA |.text|, CODE, READONLY

;

Reset handler

Reset_Handler PROC

EXPORT Reset_Handler [WEAK]

IMPORT __main

影子价格

IMPORT SystemInit

LDR R0,=SystemInit

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