关于MCU上电启动应用程序的准备论述

嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit，EMCU)，又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成R0M/EPRQM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。

MCU整体工作流程可总结如下：上电——》主时钟起振——》启动代码——》用户程序(main函数)。对于我们应用开发来说，大部分工作重点是在应用程序编写这块。特别是高级MCU的出现，如ARM系列的STM32、LPC等32位MCU，以及芯片原厂的完善底层代码，启动代码已经固化在芯片内部flash(称为BootLoader)，或者已经提供完整的汇编启动源码。因此，启动过程这块，我们比较陌生，但基本的原理还需了解，不排除面试或者使用到实时系统(RTOS)时需要修改启动汇编代码。

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)。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。

一、硬件环境工作

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。

二、软件环境工作

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。

3.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。

三、Cortex M3启动

CortexM3有3种启动方式

1、 BOOT1=1 BOOT0=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=x BOOT0=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=0 BOOT0=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。