簡(jiǎn)析STM32的啟動(dòng)過(guò)程

　　當前的嵌入式應用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程里，C語(yǔ)言已成為了絕大部分場(chǎng)合的最佳選擇。如此一來(lái)main函數似乎成為了理所當然的起點(diǎn)——因為C程序往往從main函數開(kāi)始執行。但一個(gè)經(jīng)常會(huì )被忽略的問(wèn)題是：微控制器（單片機）上電后，是如何尋找到并執行main函數的呢？很顯然微控制器無(wú)法從硬件上定位main函數的入口地址，因為使用C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言后，變量/函數的地址便由編譯器在編譯時(shí)自行分配，這樣一來(lái)main函數的入口地址在微控制器的內部存儲空間中不再是絕對不變的。相信讀者都可以回答這個(gè)問(wèn)題，答案也許大同小異，但肯定都有個(gè)關(guān)鍵詞，叫“啟動(dòng)文件”，用英文單詞來(lái)描述是“Bootloader”。

　　無(wú)論性能高下，結構簡(jiǎn)繁，價(jià)格貴賤，每一種微控制器（處理器）都必須有啟動(dòng)文件，啟動(dòng)文件的作用便是負責執行微控制器從“復位”到“開(kāi)始執行main函數”中間這段時(shí)間（稱(chēng)為啟動(dòng)過(guò)程）所必須進(jìn)行的工作。最為常見(jiàn)的51，AVR或MSP430等微控制器當然也有對應啟動(dòng)文件，但開(kāi)發(fā)環(huán)境往往自動(dòng)完整地提供了這個(gè)啟動(dòng)文件，不需要開(kāi)發(fā)人員再行干預啟動(dòng)過(guò)程，只需要從main函數開(kāi)始進(jìn)行應用程序的設計即可。

　　關(guān)于“啟動(dòng)模式”

　　話(huà)題轉到STM32微控制器，無(wú)論是keil uvision4還是IAR EWARM開(kāi)發(fā)環(huán)境，ST公司都提供了現成的直接可用的啟動(dòng)文件，程序開(kāi)發(fā)人員可以直接引用啟動(dòng)文件后直接進(jìn)行C應用程序的開(kāi)發(fā)。這樣能大大減小開(kāi)發(fā)人員從其它微控制器平臺跳轉至STM32平臺，也降低了適應STM32微控制器的難度（對于上一代ARM的當家花旦ARM9，啟動(dòng)文件往往是第一道難啃卻又無(wú)法逾越的坎）。 相對于A(yíng)RM上一代的主流ARM7/ARM9內核架構，新一代Cortex內核架構的啟動(dòng)方式有了比較大的變化。ARM7/ARM9內核的控制器在復位后，CPU會(huì )從存儲空間的絕對地址0x000000取出第一條指令執行復位中斷服務(wù)程序的方式啟動(dòng)，即固定了復位后的起始地址為0x000000（PC =0x000000）同時(shí)中斷向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3內核則正好相反，有3種情況：

　　1、 通過(guò)boot引腳設置可以將中斷向量表定位于SRAM區，即起始地址為0x2000000，同時(shí)復位后PC指針位于0x2000000處；

　　2、 通過(guò)boot引腳設置可以將中斷向量表定位于FLASH區，即起始地址為0x8000000，同時(shí)復位后PC指針位于0x8000000處；

　　3、 通過(guò)boot引腳設置可以將中斷向量表定位于內置Bootloader區，本文不對這種情況做論述；

　　Cortex-M3內核規定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個(gè)地址則必須存放復位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3內核復位后，會(huì )自動(dòng)從起始地址的下一個(gè)32位空間取出復位中斷入口向量，跳轉執行復位中斷服務(wù)程序。對比ARM7/ARM9內核，Cortex-M3內核則是固定了中斷向量表的位置而起始地址是可變化的。

　　細說(shuō)STM32的啟動(dòng)過(guò)程

　　下面就從ST的啟動(dòng)文件說(shuō)起，由于庫中的startup_stm32f10x_md.s與編譯環(huán)境有關(guān)，所以針對的是庫中的

　　STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0LibrariesCMSISCM3DeviceSupportSTSTM32F10xstartupTrueSTUDIO路徑下的文件進(jìn)行分析。

　　system_stm32f10x.c

　　SystemInit（）：在“startup_stm32f10x_xx.s”文件中被調用，功能是設置系統時(shí)鐘（包括時(shí)鐘源，PLL系數，AHB/APBx的預分頻系數還有 flash的設定），這個(gè)函數會(huì )在系統復位之后首先被執行。文件中默認的一些設置：允許HSE（外部時(shí)鐘），FLASH（允許預取緩沖區，設置2個(gè)等待周 期），PLL系數為9，開(kāi)啟PLL并選擇PLL輸出作為時(shí)鐘源（SYSCLK），后續設置SYSCLK = HCLK = APB2 = 72MHz，APB1 = HCLK/2 = 36MHz，HCLK即AHB的時(shí)鐘。

　　SystemCoreClockUpdate（）：在系統時(shí)鐘HCLK變化的時(shí)候調用，以更新一個(gè)全局變量SystemCoreClock，這個(gè)變量可以為應用程序使用，必須保證正確。默認不調用這個(gè)函數，因為SystemCoreClock默認被設置為設定的頻率了（72MHz）

　　另外，下面這種設置寄存器的方法值得借鑒，先用位名清除相應的位，再進(jìn)行設置，例如：

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

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

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

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

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

　　/* PLL configuraTIon： PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */

　　RCC-》CFGR = （uint32_t）（（uint32_t）~（RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL））;

　　RCC-》CFGR |= （uint32_t）（RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9）;

　　startup_stm32f10x_md.s：（針對F103RBT6為中容量的產(chǎn)品）

　　這個(gè)文件里面首先定義了復位中斷（復位入口矢量被硬件固定在地址0x0000_0004）的處理函數：Reset_Handler，它的作用就是將保存于flash中的初始化數據復制到sram中，調用上面說(shuō)到的SystemInit來(lái)初始化時(shí)鐘，接著(zhù)跳轉到main執行。

　　接著(zhù)定義了Default_Handler， 這個(gè)是作為其他所有中斷的默認處理函數，作用就是死循環(huán)，所以你假如開(kāi)啟了某個(gè)中斷，請按照這里面的中斷函數名給它寫(xiě)中斷處理函數，例如串口中斷處理函數名是 USART1_IRQHandler，你開(kāi)了串口中斷，如果不重寫(xiě)USART1_IRQHandler，就默認執行Default_Handler，死循環(huán)了。而如果你有重寫(xiě)，那么中斷向量表中的處理函數的地址就會(huì )更新為你自己寫(xiě)的那個(gè)函數的地址了。為什么會(huì )這樣呢？因為此文件的末尾用了類(lèi)似這樣的語(yǔ)句：

　　.weak USART1_IRQHandler

　　.thumb_set USART1_IRQHandler，Default_Handler

　　它給中斷處理函數提供了弱（weak）別名（Default_Handler），如果不重寫(xiě)，中斷了默認執行Default_Handler，如果重寫(xiě)了，因為是弱別名，所以會(huì )被你寫(xiě)的同名函數覆蓋。

　　最后定義了一個(gè)中斷向量表的段（.secTIon .isr_vector，“a”，%progbits），這個(gè)表將會(huì )放置在0x0000 0000那里，第二個(gè)字（0x0000 0004）是復位向量，復位之后從這地址所指的函數執行。

　　那么，如何保證.isr_vector這個(gè)段將放在flash的最開(kāi)始（0x08000000）呢？這就需要鏈接腳本了，即我們用的那個(gè)stm32_flash.ld文件了，查看一下就知道了，里面先定義了堆棧的地址：

　　_estack

　　/* Highest address of the user mode stack */

　　_estack = 0x20005000; /* end of 20K RAM */

　　接著(zhù)定義了堆和棧的大?。?/p>

　　/* Generate a link error if heap and stack don‘t fit into RAM */

　　_Min_Heap_Size = 0; /* required amount of heap */

　　_Min_Stack_Size = 0x100; /* required amount of stack */

　　接著(zhù)聲明了各個(gè)內存的區域（定義了幾個(gè)代表某個(gè)線(xiàn)性空間的名字，如下面的FLASH）：

　　/* Specify the memory areas */

　　MEMORY

　　{

　　FLASH （rx） ： ORIGIN = 0x08000000， LENGTH = 128K

　　RAM （xrw） ： ORIGIN = 0x20000000， LENGTH = 20K

　　MEMORY_B1 （rx） ： ORIGIN = 0x60000000， LENGTH = 0K }

　　接著(zhù)下面再介紹上面這三個(gè)名字里面都放了什么東西，首先是FLASH的：

　　/* Define output sections */

　　SECTIONS

　　{

　　/* The startup code goes first into FLASH */

　　.isr_vector ：

　　{

　　。 = ALIGN（4）; KEEP（*（.isr_vector）） /* Startup code */

　　。 = ALIGN（4）; } 》FLASH

　　/* The program code and other data goes into FLASH */

　　.text ：

　　{

　　。 = ALIGN（4）; *（.text） /* .text sections （code） */

　　*（.text*） /* .text* sections （code） */

　　*（.rodata） /* .rodata sections （constants， strings， etc.） */

　　*（.rodata*） /* .rodata* sections （constants， strings， etc.） */

　　*（.glue_7） /* glue arm to thumb code */

　　*（.glue_7t） /* glue thumb to arm code */

　　KEEP （*（.init））

　　KEEP （*（.fini））

　　。 = ALIGN（4）; _etext = 。; /* define a global symbols at end of code */

　　} 》FLASH

　　可以看到startup_stm32f10x_md.s中定義的這個(gè)段.isr_vector確實(shí)放在了最開(kāi)頭的位置。

　　但是我們前面說(shuō)復位向量在0x0000 0004，現在其地址是在flash中，所以地址是0x0800 0004，這個(gè)怎么回事呢？原來(lái)，stm32可以通過(guò)boot0、boot1引腳的配置將flash映射到0x0000 0000處。具體可參考stm32的用戶(hù)手冊2.4節。

　　從主閃存存儲器啟動(dòng)（BOOT0 = 0，BOOT1 = X）：主閃存存儲器被映射到啟動(dòng)空間（0x0000 0000），但仍然能夠在它原有的地址（0x0800 0000）訪(fǎng)問(wèn)它，即閃存存儲器的內容可以在兩個(gè)地址區域訪(fǎng)問(wèn)，0x0000 0000或0x0800 0000。

　　至此，整個(gè)STM32的啟動(dòng)過(guò)程以及程序結構都可以比較清晰了。