解析stm32启动过程-九游会j9

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解析stm32启动过程

发布时间:2025-01-23 发布时间:
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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;


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。

有了上述准备只是后,下面以stm32的2.02固件库提供的启动文件“stm32f10x_vector.s”为模板,对stm32的启动过程做一个简要而全面的解析。

程序清单一:


  1. ;文件“stm32f10x_vector.s”,其中注释为行号  

  2. data_in_extsram equ 0 ;1  

  3. stack_size equ 0x00000400 ;2  

  4. area stack, noinit, readwrite, align = 3 ;3  

  5. stack_mem space stack_size ;4  

  6. __initial_sp ;5  

  7. heap_size equ 0x00000400 ;6  

  8. area heap, noinit, readwrite, align = 3 ;7  

  9. __heap_base ;8  

  10. heap_mem space heap_size ;9  

  11. __heap_limit ;10  

  12. thumb ;11  

  13. preserve8 ;12  

  14. import nmiexception ;13  

  15. import hardfaultexception ;14  

  16. import memmanageexception ;15  

  17. import busfaultexception ;16  

  18. import usagefaultexception ;17  

  19. import svchandler ;18  

  20. import debugmonitor ;19  

  21. import pendsvc ;20  

  22. import systickhandler ;21  

  23. import wwdg_irqhandler ;22  

  24. import pvd_irqhandler ;23  

  25. import tamper_irqhandler ;24  

  26. import rtc_irqhandler ;25  

  27. import flash_irqhandler ;26  

  28. import rcc_irqhandler ;27  

  29. import exti0_irqhandler ;28  

  30. import exti1_irqhandler ;29  

  31. import exti2_irqhandler ;30  

  32. import exti3_irqhandler ;31  

  33. import exti4_irqhandler ;32  

  34. import dma1_channel1_irqhandler ;33  

  35. import dma1_channel2_irqhandler ;34  

  36. import dma1_channel3_irqhandler ;35  

  37. import dma1_channel4_irqhandler ;36  

  38. import dma1_channel5_irqhandler ;37  

  39. import dma1_channel6_irqhandler ;38  

  40. import dma1_channel7_irqhandler ;39  

  41. import adc1_2_irqhandler ;40  

  42. import usb_hp_can_tx_irqhandler ;41  

  43. import usb_lp_can_rx0_irqhandler ;42  

  44. import can_rx1_irqhandler ;43  

  45. import can_sce_irqhandler ;44  

  46. import exti9_5_irqhandler ;45  

  47. import tim1_brk_irqhandler ;46  

  48. import tim1_up_irqhandler ;47  

  49. import tim1_trg_com_irqhandler ;48  

  50. import tim1_cc_irqhandler ;49  

  51. import tim2_irqhandler ;50  

  52. import tim3_irqhandler ;51  

  53. import tim4_irqhandler ;52  

  54. import i2c1_ev_irqhandler ;53  

  55. import i2c1_er_irqhandler ;54  

  56. import i2c2_ev_irqhandler ;55  

  57. import i2c2_er_irqhandler ;56  

  58. import spi1_irqhandler ;57  

  59. import spi2_irqhandler ;58  

  60. import usart1_irqhandler ;59  

  61. import usart2_irqhandler ;60  

  62. import usart3_irqhandler ;61  

  63. import exti15_10_irqhandler ;62  

  64. import rtcalarm_irqhandler ;63  

  65. import usbwakeup_irqhandler ;64  

  66. import tim8_brk_irqhandler ;65  

  67. import tim8_up_irqhandler ;66  

  68. import tim8_trg_com_irqhandler ;67  

  69. import tim8_cc_irqhandler ;68  

  70. import adc3_irqhandler ;69  

  71. import fsmc_irqhandler ;70  

  72. import sdio_irqhandler ;71  

  73. import tim5_irqhandler ;72  

  74. import spi3_irqhandler ;73  

  75. import uart4_irqhandler ;74  

  76. import uart5_irqhandler ;75  

  77. import tim6_irqhandler ;76  

  78. import tim7_irqhandler ;77  

  79. import dma2_channel1_irqhandler ;78  

  80. import dma2_channel2_irqhandler ;79  

  81. import dma2_channel3_irqhandler ;80  

  82. import dma2_channel4_5_irqhandler ;81  

  83. area reset, data, readonly ;82  

  84. export __vectors ;83  

  85. __vectors ;84  

  86. dcd __initial_sp ;85  

  87. dcd reset_handler ;86  

  88. dcd nmiexception ;87  

  89. dcd hardfaultexception ;88  

  90. dcd memmanageexception ;89  

  91. dcd busfaultexception ;90  

  92. dcd usagefaultexception ;91  

  93. dcd 0 ;92  

  94. dcd 0 ;93  

  95. dcd 0 ;94  

  96. dcd 0 ;95  

  97. dcd svchandler ;96  

  98. dcd debugmonitor ;97  

  99. dcd 0 ;98  

  100. dcd pendsvc ;99  

  101. dcd systickhandler ;100  

  102. dcd wwdg_irqhandler ;101  

  103. dcd pvd_irqhandler ;102  

  104. dcd tamper_irqhandler ;103  

  105. dcd rtc_irqhandler ;104  

  106. dcd flash_irqhandler ;105  

  107. dcd rcc_irqhandler ;106  

  108. dcd exti0_irqhandler ;107  

  109. dcd exti1_irqhandler ;108  

  110. dcd exti2_irqhandler ;109  

  111. dcd exti3_irqhandler ;110  

  112. dcd exti4_irqhandler ;111  

  113. dcd dma1_channel1_irqhandler ;112  

  114. dcd dma1_channel2_irqhandler ;113  

  115. dcd dma1_channel3_irqhandler ;114  

  116. dcd dma1_channel4_irqhandler ;115  

  117. dcd dma1_channel5_irqhandler ;116  

  118. dcd dma1_channel6_irqhandler ;117  

  119. dcd dma1_channel7_irqhandler ;118  

  120. dcd adc1_2_irqhandler ;119  

  121. dcd usb_hp_can_tx_irqhandler ;120  

  122. dcd usb_lp_can_rx0_irqhandler ;121  

  123. dcd can_rx1_irqhandler ;122  

  124. dcd can_sce_irqhandler ;123  

  125. dcd exti9_5_irqhandler ;124  

  126. dcd tim1_brk_irqhandler ;125  

  127. dcd tim1_up_irqhandler ;126  

  128. dcd tim1_trg_com_irqhandler ;127  

  129. dcd tim1_cc_irqhandler ;128  

  130. dcd tim2_irqhandler ;129  

  131. dcd tim3_irqhandler ;130  

  132. dcd tim4_irqhandler ;131  

  133. dcd i2c1_ev_irqhandler ;132  

  134. dcd i2c1_er_irqhandler ;133  

  135. dcd i2c2_ev_irqhandler ;134  

  136. dcd i2c2_er_irqhandler ;135  

  137. dcd spi1_irqhandler ;136  

  138. dcd spi2_irqhandler ;137  

  139. dcd usart1_irqhandler ;138  

  140. dcd usart2_irqhandler ;139  

  141. dcd usart3_irqhandler ;140  

  142. dcd exti15_10_irqhandler ;141  

  143. dcd rtcalarm_irqhandler ;142  

  144. dcd usbwakeup_irqhandler ;143  

  145. dcd tim8_brk_irqhandler ;144  

  146. dcd tim8_up_irqhandler ;145  

  147. dcd tim8_trg_com_irqhandler ;146  

  148. dcd tim8_cc_irqhandler ;147  

  149. dcd adc3_irqhandler ;148  

  150. dcd fsmc_irqhandler ;149  

  151. dcd sdio_irqhandler ;150  

  152. dcd tim5_irqhandler ;151  

  153. dcd spi3_irqhandler ;152  

  154. dcd uart4_irqhandler ;153  

  155. dcd uart5_irqhandler ;154  

  156. dcd tim6_irqhandler ;155  

  157. dcd tim7_irqhandler ;156  

  158. dcd dma2_channel1_irqhandler ;157  

  159. dcd dma2_channel2_irqhandler ;158  

  160. dcd dma2_channel3_irqhandler ;159  

  161. dcd dma2_channel4_5_irqhandler ;160  

  162. area |.text|, code, readonly ;161  

  163. reset_handler proc ;162  

  164. export reset_handler ;163  

  165. if data_in_extsram == 1 ;164  

  166. ldr r0,= 0x00000114 ;165  

  167. ldr r1,= 0x40021014 ;166  

  168. str r0,[r1] ;167  

  169. ldr r0,= 0x000001e0 ;168  

  170. ldr r1,= 0x40021018 ;169  

  171. str r0,[r1] ;170  

  172. ldr r0,= 0x44bb44bb ;171  

  173. ldr r1,= 0x40011400 ;172  

  174. str r0,[r1] ;173  

  175. ldr r0,= 0xbbbbbbbb ;174  

  176. ldr r1,= 0x40011404 ;175  

  177. str r0,[r1] ;176  

  178. ldr r0,= 0xb44444bb ;177  

  179. ldr r1,= 0x40011800 ;178  

  180. str r0,[r1] ;179  

  181. ldr r0,= 0xbbbbbbbb ;180  

  182. ldr r1,= 0x40011804 ;181  

  183. str r0,[r1] ;182  

  184. ldr r0,= 0x44bbbbbb ;183  

  185. ldr r1,= 0x40011c00 ;184  

  186. str r0,[r1] ;185  

  187. ldr r0,= 0xbbbb4444 ;186  

  188. ldr r1,= 0x40011c04 ;187  

  189. str r0,[r1] ;188  

  190. ldr r0,= 0x44bbbbbb ;189  

  191. ldr r1,= 0x40012000 ;190  

  192. str r0,[r1] ;191  

  193. ldr r0,= 0x44444b44 ;192  

  194. ldr r1,= 0x40012004 ;193  

  195. str r0,[r1] ;194  

  196. ldr r0,= 0x00001011 ;195  

  197. ldr r1,= 0xa0000010 ;196  

  198. str r0,[r1] ;197  

  199. ldr r0,= 0x00000200 ;198  

  200. ldr r1,= 0xa0000014 ;199  

  201. str r0,[r1] ;200  

  202. endif ;201  

  203. import __main ;202  

  204. ldr r0, =__main ;203  

  205. bx r0 ;204  

  206. endp ;205  

  207. align ;206  

  208. if :def:__microlib ;207  

  209. export __initial_sp ;208  

  210. export __heap_base ;209  

  211. export __heap_limit ;210  

  212. else ;211  

  213. import __use_two_region_memory ;212  

  214. export __user_initial_stackheap ;213  

  215. __user_initial_stackheap ;214  

  216. ldr r0, = heap_mem ;215  

  217. ldr r1, = (stack_mem   stack_size) ;216  

  218. ldr r2, = (heap_mem   heap_size) ;217  

  219. ldr r3, = stack_mem ;218  

  220. bx lr ;219  

  221. align ;220  

  222. endif ;221  

  223. end ;222  

  224. endif ;223  

  225. end ;224  


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如程序清单一,stm32的启动代码一共224行,使用了汇编语言编写,这其中的主要原因下文将会给出交代。

现在从第一行开始分析:


 第1行:定义是否使用外部sram,为1则使用,为0则表示不使用。此语行若用c语言表达则等价于:

#define data_in_extsram 0

 第2行:定义栈空间大小为0x00000400个字节,即1kbyte。此语行亦等价于:

#define stack_size 0x00000400

 第3行:伪指令area,表示

 第4行:开辟一段大小为stack_size的内存空间作为栈。

 第5行:标号__initial_sp,表示栈空间顶地址。

 第6行:定义堆空间大小为0x00000400个字节,也为1kbyte。

 第7行:伪指令area,表示

 第8行:标号__heap_base,表示堆空间起始地址。

 第9行:开辟一段大小为heap_size的内存空间作为堆。

 第10行:标号__heap_limit,表示堆空间结束地址。

 第11行:告诉编译器使用thumb指令集。

 第12行:告诉编译器以8字节对齐。

 第13—81行:import指令,指示后续符号是在外部文件定义的(类似c语言中的全局变量声明),而下文可能会使用到这些符号。

 第82行:定义只读数据段,实际上是在code区(假设stm32从flash启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000)

 第83行:将标号__vectors声明为全局标号,这样外部文件就可以使用这个标号。

 第84行:标号__vectors,表示中断向量表入口地址。

 第85—160行:建立中断向量表。

 第161行:

 第162行:复位中断服务程序,proc…endp结构表示程序的开始和结束。

 第163行:声明复位中断向量reset_handler为全局属性,这样外部文件就可以调用此复位中断服务。

 第164行:if…endif为预编译结构,判断是否使用外部sram,在第1行中已定义为“不使用”。

 第165—201行:此部分代码的作用是设置fsmc总线以支持sram,因不使用外部sram因此此部分代码不会被编译。

 第202行:声明__main标号。

 第203—204行:跳转__main地址执行。

 第207行:if…else…endif结构,判断是否使用def:__microlib(此处为不使用)。

 第208—210行:若使用def:__microlib,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使

用。

 第212行:定义全局标号__use_two_region_memory。

 第213行:声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。

 第214行:标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化程序入口。

 第215—218行:分别保存栈顶指针和栈大小,堆始地址和堆大小至r0,r1,r2,r3寄存器。

 第224行:程序完毕。


以上便是stm32的启动代码的完整解析,接下来对几个小地方做解释:


1、 area指令:伪指令,用于定义代码段或数据段,后跟属性标号。其中比较重要的一个标号为“readonly”或者“readwrite”,其中“readonly”表示

该段为只读属性,联系到stm32的内部存储介质,可知具有只读属性的段保存于flash区,即0x8000000地址后。而“readonly”表示该段为“可读写”属

性,可知“可读写”段保存于sram区,即0x2000000地址后。由此可以从第3、7行代码知道,堆栈段位于sram空间。从第82行可知,中断向量表放置与

flash区,而这也是整片启动代码中最先被放进flash区的数据。因此可以得到一条重要的信息: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(stm32使用32位总线,因此存储空间为4字节对齐)。


2、 dcd指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于c语言中的地址符“&”。因此从第84行开始建立的中断向量表则类似于使用c语言定义了一个指针数组,

其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数。


3、 标号:前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置,等价于c语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置,

从c语言的角度来看,变量的地址,数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。


4、 第202行中的 __main 标号并不表示c程序中的main函数入口地址,因此第204行也并不是跳转至main函数开始执行c程序。__main标号表示c/c 标准

实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(对于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进

行初始化堆栈的),并初始化映像文件,最后跳转c程序中的main函数。这就解释了为何所有的c程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由

c/c 标准实时库所规定的——并且不能更改,因为c/c 标准实时库并不对外界开发源代码。因此,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳

转至.c文件中的 main 函数,开始执行c程序了。


至此可以总结一下stm32的启动文件和启动过程:


首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入

口地址。然后在复位中断服务程序中跳转¬¬c/c 标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的

main函数开始执行c程序。假设stm32被设置为从内部flash启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为

0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当stm32遇到复位信号后,则从

0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到c的世

界。



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