第二章 STM32启动流程

STM32启动进入main函数前，需要完成的操作。

STM32在执行进入main函数之前，会对芯片硬件本身进行一个初始化和内存重映射的工作。

参考文章：
https://blog.csdn.net/Teminator_/article/details/142333178
https://blog.csdn.net/a_qwq_a/article/details/134476247?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522580bb93f649aa5dc576a426f9a14db0d%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=580bb93f649aa5dc576a426f9a14db0d&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-1-134476247-null-null.142^v101^pc_search_result_base7&utm_term=stm32%E4%B8%8A%E7%94%B5%E5%90%AF%E5%8A%A8%E6%B5%81%E7%A8%8B&spm=1018.2226.3001.4187

1、STM32的三种启动方式

启动模式只是决定程序烧录的位置，加载程序完成后会有一个重映射的功能，将地址空间重映射到0x0000 0000这个地址位置，产生复位信号时，CPU是从这个位置开始执行的。

1.1 从主Flash启动

STM32内置的Flash启动，一般使用JTAG或者SWD模式下载程序时，程序就存储在0x0800 0000 - 0x0807 FFFF 地址空间中。

这里需要将Flash地址0x0800 0000 映射到0x0000 0000，这样启动以后相当于从0x0800 0000开始的。

1.2 从系统存储器启动

从系统存储器（System Memory）启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的，一般来说选择这个模式是位了用串口下载程序。程序存储在0x1FFF F000 - 0x1FFF F7FF地址空间中。

启动后，会将0x1FFF F000 地址映射到0x0000 0000，这样启动以后相当于从0x1FFF F000开始。

系统存储器里面存储了STM32自带的Bootloader代码，它提供了UART1接口将用户代码下载到Flash中的功能。

1.3 从嵌入式SRAM启动

片上SRAM启动，从内置SRAM启动，这个空间没有程序储存能力，这个模式一般用于程序调试，程序启动地址0x2000 0000 - 0x3FFF FFFF

2、 STM32启动文件

文件名一般是startup_stm32xxx.s以s结尾的文件中

2.1 栈Stack

Stack_Size EQU 0x00000400 //表示开辟栈的大小为0X00000400（1KB），EQU是伪指令，相当于C中的#define
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 //开辟一段可读可写数据空间，ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。ARER 后面的关键字表示这个段的属性。段名为STACK，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 8 字节对齐。
Stack_Mem SPACE Stack_Size //SPACE 用于分配大小等于 Stack_Size连续内存空间，单位为字节。
__initial_sp // __initial_sp表示栈顶地址。栈是由高向低生长的。

定义一个名 STACK的内存区域，大小为0x00000400（1KB）
开辟一个大小为0x00000400，名字为STACK的栈空间

2.2 堆Heap

Heap_Size EQU 0x00000200 //开辟堆的大小为 0X00000200（512 字节）。
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 //名字为 HEAP，NOINIT 即不初始化，可读可写，8字节对齐。
__heap_base //__heap_base 表示对的起始地址。
Heap_Mem SPACE Heap_Size //SPACE 用于分配大小等于 Heap_Size连续内存空间，单位为字节。
__heap_limit //__heap_limit 表示堆的结束地址。
PRESERVE8 //这个指令通常用于确保指令对齐。ARM指令集要求指令在内存中对齐，以提高执行效率。PRESERVE8可能用于确保在生成的机器代码中，指令的地址是8字节对齐的。
THUMB //这是ARM架构中一种指令集，用于提高代码密度。THUMB指令集的指令长度比标准ARM指令集的指令长度短，这有助于减小程序的大小。

定义一个名HEAP的内存区域，大小为0x00000200（512字节）
开辟一个大小为512字节，名字为HEAP的堆空间

2.3 中断向量表

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY //定义一个名为RESET的内存区域，该区域被声明为数据区域（DATA），并且只能读取（READONLY）。
EXPORT __Vectors //将符号__Vectors导出，使其在其他地方可见，__Vectors是向量表的起始地址。
EXPORT __Vectors_End //将符号__Vectors_End导出，同样使其在其他地方可见，__Vectors_End是向量表的结束地址。
EXPORT __Vectors_Size //将符号__Vectors_Size导出，使其在其他地方可见，__Vectors_Size是向量表的大小。
//DCD 用于创建一个存储地址的向量表，每个地址占用一个双字。
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack//初始堆栈指针，指向堆栈的顶部
DCD Reset_Handler ; Reset Handler//复位中断处理程序
DCD NMI_Handler ; NMI Handler//非屏蔽中断处理程序
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler//硬故障中断处理程序
DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler//内存管理中断处理程序
DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler//总线故障中断处理程序
DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler//使用故障中断处理程序
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD SVC_Handler ; SVCall Handler//系统调用中断处理程序
DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler//调试监控中断处理程序
DCD 0 ; Reserved
DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler//挂起系统调用中断处理程序
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler//系统滴答定时器中断处理程序
; External Interrupts //定义了各种外设的中断处理程序
DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog
DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect
DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper
DCD RTC_IRQHandler ; RTC
DCD FLASH_IRQHandler ; Flash
DCD RCC_IRQHandler ; RCC
DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0
DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1
DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2
DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3
DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4
DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ; DMA1 Channel 1
DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ; DMA1 Channel 2
DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ; DMA1 Channel 3
DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ; DMA1 Channel 4
DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ; DMA1 Channel 5
DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ; DMA1 Channel 6
DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ; DMA1 Channel 7
DCD ADC1_2_IRQHandler ; ADC1 & ADC2
DCD USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler ; USB High Priority or CAN1 TX
DCD USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low Priority or CAN1 RX0
DCD CAN1_RX1_IRQHandler ; CAN1 RX1
DCD CAN1_SCE_IRQHandler ; CAN1 SCE
DCD EXTI9_5_IRQHandler ; EXTI Line 9..5
DCD TIM1_BRK_IRQHandler ; TIM1 Break
DCD TIM1_UP_IRQHandler ; TIM1 Update
DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ; TIM1 Trigger and Commutation
DCD TIM1_CC_IRQHandler ; TIM1 Capture Compare
DCD TIM2_IRQHandler ; TIM2
DCD TIM3_IRQHandler ; TIM3
DCD TIM4_IRQHandler ; TIM4
DCD I2C1_EV_IRQHandler ; I2C1 Event
DCD I2C1_ER_IRQHandler ; I2C1 Error
DCD I2C2_EV_IRQHandler ; I2C2 Event
DCD I2C2_ER_IRQHandler ; I2C2 Error
DCD SPI1_IRQHandler ; SPI1
DCD SPI2_IRQHandler ; SPI2
DCD USART1_IRQHandler ; USART1
DCD USART2_IRQHandler ; USART2
DCD USART3_IRQHandler ; USART3
DCD EXTI15_10_IRQHandler ; EXTI Line 15..10
DCD RTC_Alarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI Line
DCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspend
DCD TIM8_BRK_IRQHandler ; TIM8 Break
DCD TIM8_UP_IRQHandler ; TIM8 Update
DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ; TIM8 Trigger and Commutation
DCD TIM8_CC_IRQHandler ; TIM8 Capture Compare
DCD ADC3_IRQHandler ; ADC3
DCD FSMC_IRQHandler ; FSMC
DCD SDIO_IRQHandler ; SDIO
DCD TIM5_IRQHandler ; TIM5
DCD SPI3_IRQHandler ; SPI3
DCD UART4_IRQHandler ; UART4
DCD UART5_IRQHandler ; UART5
DCD TIM6_IRQHandler ; TIM6
DCD TIM7_IRQHandler ; TIM7
DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ; DMA2 Channel1
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ; DMA2 Channel2
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ; DMA2 Channel3
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End //__Vectors_End 为向量表结束地址。
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors //__Vectors_Size则是向量表的大小，向量表的大小是通过__Vectors 和__Vectors_End 相减得到的。
AREA |.text|, CODE, READONLY //使用 AREA 指令，用于定义一个名为 .text 的内存区域。这一行代码指定了一个只读的代码区域，通常用于存储程序的可执行指令。

中断响应流程

1、中断信号发送到NVIC
2、NVIC通知CPU
3、CPU根据中断号得到的中断服务程序地址（基地址+中断编号*4B）
4、保存现场
5、执行中断服务函数
6、恢复现场
7、继续执行程序

例如：PendSV_Handler中断号是14，也就是14*4 = 56 == 0x38
而中断向量表的基地址 0x08000000 故改中断服务函数地址为 0x08000038
Thumb指令集末尾是奇数位1
ARM指令集末尾是偶数0

解析出来 0x080002D7，而map文件中确实：0x080002D6

原因：ARM指令集有ARM指令集和Thumb指令集，ARM指令集位数常；而Thumb指令集位数端，故占用内存较小，所有编译器大部分采用Thumb指令集。

2.4 复位处理程序

; Reset handler
Reset_Handler PROC //定义了一个服务程序，PROC表示程序的开始。
EXPORT Reset_Handler [WEAK] //使用EXPORT将Reset_Handler申明为可被外部引用，后面WEAK表示弱定义，如果外部文件定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。
IMPORT __main //__main 是一个标准的 C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈，这个是由编译器完成的，该函数最终会调用我们自己写的main函数
IMPORT SystemInit //表示该标号来自外部文件，SystemInit()是一个库函数，在system_stm32f1xx.c中定义的
LDR R0, =SystemInit //表示从存储器中加载SystemInit到一个寄存器R0的地址中。
BLX R0 //表示跳转到寄存器R0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。
LDR R0, =__main //表示从存储器中加载__main到一个寄存器R0的地址中。
BX R0 //跳转到至指定寄存器的地址后，不会返回。
ENDP //PROC是对应的，表示程序的结束。

2.5 中断服务程序

启动文件把这些中断服务函数留出来了，但是内容都是空的，真正的中断复服务程序需要我们在外部的 C 文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置罢了。B表示跳转，这里跳转到一个‘.’，即表示无线循环。

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)

NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
HardFault_Handler\
PROC
EXPORT HardFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
MemManage_Handler\
PROC
EXPORT MemManage_Handler [WEAK]
B .
ENDP
BusFault_Handler\
PROC
EXPORT BusFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
UsageFault_Handler\
PROC
EXPORT UsageFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SVC_Handler PROC
EXPORT SVC_Handler [WEAK]
B .
ENDP
DebugMon_Handler\
PROC
EXPORT DebugMon_Handler [WEAK]
B .
ENDP
PendSV_Handler PROC
EXPORT PendSV_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SysTick_Handler PROC
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
B .
ENDP

Default_Handler PROC

EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TAMPER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Channel7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ADC1_2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_RX1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_SCE_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI9_5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_BRK_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_UP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI15_10_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_Alarm_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USBWakeUp_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_BRK_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_UP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ADC3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FSMC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SDIO_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Channel1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Channel2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Channel3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler [WEAK]

WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMPER_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Channel1_IRQHandler
DMA1_Channel2_IRQHandler
DMA1_Channel3_IRQHandler
DMA1_Channel4_IRQHandler
DMA1_Channel5_IRQHandler
DMA1_Channel6_IRQHandler
DMA1_Channel7_IRQHandler
ADC1_2_IRQHandler
USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTC_Alarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
TIM8_BRK_IRQHandler
TIM8_UP_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
ADC3_IRQHandler
FSMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Channel1_IRQHandler
DMA2_Channel2_IRQHandler
DMA2_Channel3_IRQHandler
DMA2_Channel4_5_IRQHandler
B .

ENDP

ALIGN

如果我们正在使用某个外设，开启某个中断，但又忘记编写配套的中断服务程序或者函数名写错，那当中断来临时，程序会跳转到启动文件预先写好的空的中断服务程序中，并且在这个空函数中无线循环，即程序死在这里。

用STM32CubeMX生成的工程，在xxx_it.c文件中，对一些中断函数做了重定义，在这里对其进行定了，在汇编里面就不起作用了。

void NMI_Handler(void)
{
}

void HardFault_Handler(void)
{
/* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */
while (1)
{
}
}

void MemManage_Handler(void)
{
/* Go to infinite loop when Memory Manage exception occurs */
while (1)
{
}
}

void BusFault_Handler(void)
{
/* Go to infinite loop when Bus Fault exception occurs */
while (1)
{
}
}

void UsageFault_Handler(void)
{
/* Go to infinite loop when Usage Fault exception occurs */
while (1)
{
}
}

void SVC_Handler(void)
{
}

void DebugMon_Handler(void)
{
}

void PendSV_Handler(void)
{
}

void SysTick_Handler(void)
{
HAL_IncTick();
}

2.6 用户堆和栈的初始化

;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
IF :DEF:__MICROLIB //如果 __MICROLIB 被定义，那么执行条件为真的代码块。否则，执行 ELSE 后面的代码块。
EXPORT __initial_sp // 栈顶
EXPORT __heap_base // 堆起始地址
EXPORT __heap_limit //栈结束地址，用于将这些符号导出，使它们在其他地方可见。
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory //导入 __use_two_region_memory 符号.
EXPORT __user_initial_stackheap //导出 __user_initial_stackheap.

__user_initial_stackheap //用于初始化堆栈和堆的起始和结束位置.
LDR R0, = Heap_Mem //R0 寄存器加载了 Heap_Mem 的地址。
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) //R1 寄存器加载了 (Stack_Mem + Stack_Size) 的地址，即栈的结束位置。
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) //R2 寄存器加载了 (Heap_Mem + Heap_Size) 的地址，即堆的结束位置。
LDR R3, = Stack_Mem //R3 寄存器加载了 Stack_Mem 的地址，即栈的起始位置。
BX LR //BX LR 用于返回。

ALIGN //用于确保接下来的指令对齐。
ENDIF //表示条件编译块的结束。
END //表示文件结束。

在keil配置中，勾选Use MicroLIB，IF判断成功，使用这个功能能够有效的减小C库生成的代码，但它执行速度没有标准C库快。

如果没有勾选Use MicroLIB，则采用双段存储器模式，且声明标号__user_initial_stackheap具有全属性，让用户自己来初始化堆栈。

3、STM32启动流程分析

3.1 初始化SP、PC及中断向量表

系统复位后，处理器首先读取向量表中的前两个字（8个字节），第一个字存入SP，第二个字存入PC，也就是程序执行的起始地址。

在.map文件中找到这两个地址
__initial_sp 0x20000660 Data 0 startup_stm32f707xe.o(STACK)

Reset_Handler 0x080002D0 Thumb Code 8 startup_stm32f707xe.o(.text)

3.2 设置系统时钟

Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main                               // 导入main
IMPORT SystemInit                           // 导入systemInit
LDR R0, =SystemInit                       // 讲SystemInit的地址给到R0寄存器
BLX R0                            // 调用R0地址中的函数（调用SystemInit函数）
LDR R0, =__main                           //
BX R0                                   // 调用main函数
ENDP

接下来 PC指向Reset_Handler，并调用SystemInit初始化系统时钟。

默认是没有开启VECT_TAB_SRAM，表示从Flash中启动，VTOR寄存器存放的是中断向量表的起始地址，在IAP审计会修改这里的偏移量。

接下来时钟初始化完成后，就调用__main，在指向main函数之前还会初始化堆、栈等，最后才进入C文件指向main函数。