详解STM32启动流程

[导读]STM32的启动文件与编译器有关，不同编译器，它的启动文件不同。虽然启动文件(汇编)代码各有不同，但它们原理类似，都属于汇编程序。

首先，你要知道STM32启动文件中启动流程，你就需要掌握一点汇编基础知识。

汇编语言属于机器语言，或者说低级语言，C语言属于高级语言，所以，汇编和C语言在语法上差异很大。

如果你学底层开发，汇编的一些基础知识需要掌握。不需要精通，但需要看懂常见的汇编代码。

STM32的启动文件与编译器有关，不同编译器，它的启动文件不同。

虽然启动文件(汇编)代码各有不同，但它们原理类似，都属于汇编程序。

我们拿基于MDK-ARM的启动文件来举例，说一下要点内容。

从上电复位到main函数的过程主要由以下步骤：

1.初始化堆栈指针SP=_initial_sp,初始化PC指针=Reset_Handler

2.初始化中断向量表

3.配置系统时钟

4.调用C库函数_main初始化用户堆栈，然后进入main函数

STM32的启动流程大致可分为以下几步：

1、设置堆栈

2、跳转到Reset_Handler

3、Reset_Handler调用SystemInit完成时钟、中断向量偏移的初始化工作，然后跳转到__main，__main函数会完成RW、ZI数据段的重定位工作，即将ROM中的RW数据拷贝到RAM中，将ZI段清零，然后跳转到_rt_entry进行Stack和Heap的初始化。

4、跳转到真正的main函数。

ST官方给我们提供了启动文件，我们可以通过启动文件来详细地分析STM32的启动流程。我们以STM32L431为例，分析其MDK平台的启动文件：startup_stm32l431xx.s，首先来熟悉启动文件涉及的几个汇编命令。

详解STM32启动流程

启动文件涉及的汇编命令

一、设置Stack(栈)大小

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HardFault 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，类似于 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。

二、设置Heap(堆)大小

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。

堆主要用来动态内存的分配，malloc()函数申请的内存就在堆上面，但一般都是用开发者自己实现的malloc。

三、定义中断向量表

对于 Cortex-M3 内核，ARM 规定向量表的起始位置存放的是栈顶指针 MSP 的地址值，紧接着存放的是复位中断入口函数的地址。当刚上电的时候，硬件会根据向量表的地址找到向量表的具体位置(对于向量表的地址是可以通过 NVIC 中的一个重定位寄存器来设置的，复位时该寄存器的值为0)，然后会根据向量表中的这两个数据，设置 SP、PC 的值，这时 CPU 就会从复位中断的入口函数开始取指令运行程序。

“DCD __initial_sp”这行代码是将__initial_sp的值放到其实位置，硬件会初步将SP设置为__initial_sp，这样才能调用后续的C代码，例如SystemInit。为什么说是初步设置呢，因为后面用户可以重新设置SP指针。

PRESERVE8：指定当前文件的堆栈按照 8 字节对齐。

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。

__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。

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， C 语言中的函数名就是一个地址。

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。

四、默认中断函数

PROC和 ENDP 相当于一个括号，表示中间是一个过程的代码。接下来就是非常重要的一个中断：复位中断Reset_Handler，它是MCU上电后的第一个函数，它先调用SystemInit完成时钟、中断向量偏移的初始化工作，然后跳转到__main，__main函数会完成RW、ZI数据段的重定位工作，即将ROM中的RW数据拷贝到RAM中，同时将ZI段清零。

启动文件帮我们默认完成了中断函数的编写，例如NMI_Handler、HardFault_Handler等，函数的功能相当于while(1)死循环，这些函数都是用WEAK弱定义的，如果需要，我们可以重写这些中断函数。

五、设置堆栈的初始化方式

前面设置的是堆栈的大小，这里还需要对堆栈做一些初始化工作，主要是将这些区域进行清零。

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。

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

END：文件结束

程序有两条分支可选，首先判断是否定义了__MICROLIB ，如果定义了这个宏则有C库完成堆栈的初始化，：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，例如C文件只要externa int __initial_sp，就可以使用这个变量了。有关这个宏我们在 KEIL 里面配置，如下图所示。然后堆栈的初始化就由 C 库函数_main 来完成。

KEIL软件设置MicroLIB

如果没有定义 __MICROLIB ，则采用双段存储器模式，即堆区和栈区是分开的(如果不采用双段模式，因为堆和栈增长的方向是相反的，如果撞上了，程序会崩溃)，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。