代码收藏家技术教程 2024-09-30

STM32启动文件详解：逐行解析代码，轻松掌握启动流程

MCU上电后，怎么跑进程序里了呢? 想必这是大部分人想搞明白的事。毕竟任何事情，想清楚来龙去脉还是挺好的。长此以往，对技术的理解也会比较通透。

由于.s启动文件是用汇编写的，我们先熟习一下汇编的一些基本指令：

1：分配堆栈空间

EQU：给数字常量取一个符号名，相当于C语言的Define

Stack_Size EQU 0x00000400 //等价：#define Stack_Size 0x00000400

AREA： 汇编一个新的代码段或者数据段

NOINIT：这个属性指示链接器在将程序加载到内存时，不要初始化这个区域的内容

READWRITE：这个属性指定该区域是可读写的

ALIGN：这个属性指定了该区域的起始地址应该按照 2 的 3 次方（即 8 字节）对齐

AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

SPACE：分配内存空间（指定大小，连续的字节空间）

Stack_Mem SPACE Stack_Size

注意：在实际应用时，经常会碰到Stack空间溢出的情况，会导致莫名重启。此时可以把Stack_Size改大。

Stack_Size      EQU     0x00000400  

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp


1：定义栈的大小为：0x00000400  （这个大小可以根据实际情况改动）
2：分配栈空间
3：__initial_sp：占位符，代表栈顶（栈结束地址），后面会用到这个符号
4：Stack_Mem：label，可以理解为栈开始地址,或者Stack空间标号

Heap_Size       EQU     0x00000200

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit


1：__heap_base：占位符：堆起始位置
2：__heap_limit：占位符：堆结束位置 __heap_limit = __heap_base + Heap_Size

2：对齐方式和指令集选择

PRESERVE8
THUMB

1：PRESERVE8：是一个汇编器指令或伪指令，用于指示汇编器在生成代码时保持8字节对齐
2：THUMB：表示后面的指令兼容THUMB指令，THUMB是ARM以前的指令集，16位的，而现在Cortex-M系列都使用THUMB-2指令集，是32位的

3：初始化中断向量表

EXPORT：声明一个标号具有全局属性，可被外部文件使用

AREA    RESET, DATA, READONLY
EXPORT  __Vectors
EXPORT  __Vectors_End
EXPORT  __Vectors_Size

1：AREA RESET, DATA, READONLY 汇编一个只读数据段，数据段名称为RESET
2：EXPORT __Vectors 表示在程序中声明一个全局的标号__Vectors，该标号可在其他的文件中引用，中断向量表的入口地址。
3：EXPORT __Vectors_End 表示在程序中声明一个全局的标号__Vectors_End，中断向量表的结束地址
4：EXPORT __Vectors_Size 在程序中声明一个全局的标号__Vectors_Size，中断向量表的大小

DCD：以字节为单位分配内存，要求4字节对齐，并初始化这些内存

__initail_sp：对应的是栈顶的地址，所以它一定是Ram所在的地址范围

建立中断向量表：

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。中断向量表被放置在代码段的最前面。例如：当我们的程序在 FLASH 运行时，那么向量表的起始地址是：0x0800 0000。地址 0x0800 0000 存放的是栈顶地址。
DCD：以四字节对齐分配内存，也就是下个地址是0x0800 0004，存放的是Reset_Handler中断函数入口地址。
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 语言中的函数名对芯片来说实际上就是一个地址。

4： AREA |.text|, CODE, READONLY

定义一个段命为.text，只读的代码段，在 CODE 区。

利用 PROC、ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰。

AREA |.text|, CODE, READONLY 这行代码的作用是定义了一个名为.text的内存区域，用于存放程序的执行代码，这个区域是只读的，以确保代码在执行过程中不会被意外修改。这是嵌入式系统和许多其他类型程序开发中常见的内存管理实践。

5：定义字程序

129 行：reset_Handler子程序开始
130 行：声明Reset_Handler 为全局属性，外部文件就可以调用此复位中断服务。WEAK：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用外部定义的标号。
131 行和 132 行: IMPORT 表示该标号来自外部文件。这里表示 SystemInit 和__main 这两个函数均来自外部的文件。
133 行: LDR 表示从存储器中加载字到一个存储器中。SystemInit 是一个标准的库函数，在 system_stm32f1xx.c 文件中定义，主要作用是配置系统时钟、还有就是初始化 FSMC/FMC总线上外挂的 SRAM(可选)，前面说配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）就是这个。
134 行: BLX 表示跳转到由寄存器给出的地址，并根据寄存器的 LSE 确定处理器的状态，还要把跳转前的下条指令地址保存到 LR。
135 行:把__main 的地址给 R0。__main 是一个标准的 C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈和变量等，最终调用 main 函数去到 C 的世界。这就是为什么我们写的程序都有一个 main 函数的原因，如果不调用__main，那么程序最终就不会调用我们 C 文件里面的main，也就无法正常运行。
136 行: BX 表示跳转到由寄存器/标号给出的地址，不用返回。这里表示切换到__main地址，最终调用 main 函数，不返回，进入 C 的世界。
137 行: ENDP 表示子程序结束

6: 中断服务函数

中断服务函数都被[WEAK]声明为弱定义函数，如果外部文件声明了一个标号，则优先使用外部文件定义的标号。
分为系统异常中断和外部中断，外部中断根据不同芯片有所变化。B 指令是跳转到一个标号，这里跳转到一个‘.’，表示无限循环。
在启动文件代码中，已经把我们所有中断的中断服务函数写好了，但都是声明为弱定义，所以真正的中断服务函数需要我们在外部实现。
如果我们开启了某个中断，但是忘记写对应的中断服务程序函数又或者把中断服务函数名写错，那么中断发生时，程序就会跳转到启动文件预先写好的弱定义的中断服务程序中，并且在 B 指令作用下跳转到一个‘.’中，无限循环。

7: 用户堆栈初始化