STM32启动过程启动文件分析

1、说明

每一款芯片的启动文件都值得去研究，因为它可是你的程序跑的最初一段路，不可以不知道。通过了解启动文件，我们可以体会到处理器的架构、指令集、中断向量安排等内容，是非常值得玩味的。

STM32作为一款高端Cortex-M3系列单片机，有必要了解它的启动文件。打好基础，为以后优化程序，写出高质量的代码最准备。

本文以一个实际测试代码--START_TEST为例进行阐述。

2、整体过程概括

STM整个启动过程是指从上电开始，一直到运行到main函数之间的这段过程，步骤为（以使用微库为例）：

①上电后硬件设置SP、PC

②设置系统时钟

③软件设置SP

④加载.data、.bss，并初始化栈区

⑤跳转到C文件的main函数

3、整个启动过程涉及的代码

启动过程涉及的文件不仅包含startup_stm32f10x_hd.s，还涉及到了MDK自带的连接库文件entry.o、entry2.o、entry5.o、entry7.o等（从生成的map文件可以看出来）。

二、程序在Flash上的存储结构

在真正讲解启动过程之前，先要讲解程序下载到Flash上的结构和程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构。程序在用户Flash上的结构如下图所示。下图是通过阅读hex文件和在MDK下调试综合提炼出来的。

MSP初始值　　　　　　　　编译器生成，主堆栈的初始值

异常向量表　　　　　　　　不多说

外部中断向量表　　　　　　不多说

代码段　　　　　　　　　　存放代码

初始化数据段　　　　　　　.data

未初始化数据段　　　　　　.bss

加载数据段和初始化栈的参数

加载数据段和初始化栈的参数分别有4个，这里只讲解加载数据段的参数，至于初始化栈的参数类似。

0x0800 033c　　Flash上的数据段（初始化数据段和未初始化数据段）起始地址

0x2 0　　加载到SRAM上的目的地址

0x0 c　　数据段的总大小

0x0800 02f4　　调用函数_scatterload_copy

需要说明的是初始化栈的函数--0x0800 0304与加载数据段的函数不一样，为_scatterload_zeroinit，它的目的就是将栈空间清零。

三、数据在SRAM上的结构

程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构

四、详细过程分析

有了以上的基础，现在详细分析启动过程。

1、上电后硬件设置SP、PC

刚上电复位后，硬件会自动根据向量表偏移地址找到向量表，向量表偏移地址的定义如下：

调试现象如下：

看看我们的向量表内容（通过J-Flash打开hex文件）

硬件这时自动从0x0800 0位置处读取数据赋给栈指针SP，然后自动从0x0800 4位置处读取数据赋给PC，完成复位，结果为：

SP = 0x0800 0810

PC = 0x0800 0145

2、设置系统时钟

上一步中令PC=0x0800 0145的地址没有对齐，硬件自动对齐到0x0800 0144，执行SystemInit函数初始化系统时钟。

3、软件设置SP

　　LDR   R0,=__main　　BX　　 R0

执行上两条之类，跳转到__main程序段运行，注意不是main函数，___main的地址是0x0800 0130。

可以看到指令LDR.W sp,[pc,#12]，结果SP=0x2 0810。

4、加载.data、.bss，并初始化栈区

BL.W     __scatterload_rt2 

进入__scatterload_rt2代码段。

__scatterload_rt2:0x08168 4C06      LDR      r4,[pc,#24]  ; @0x081840x0816A 4D07      LDR      r5,[pc,#28]  ; @0x081880x0816C E006      B        0x0817C0x0816E 68E0      LDR      r0,[r4,#0x0C]0x08170 F0400301  ORR      r3,r0,#0x010x08174 E8947  LDM      r4,{r0-r2}0x08178 4798      BLX      r30x0817A 3410      ADDS     r4,r4,#0x100x0817C 42AC      CMP      r4,r50x0817E D3F6      BCC      0x0816E0x08180 F7FFFFDA  BL.W     _main_init (0x08138)

这段代码是个循环（BCC 0x0816e），实际运行时候循环了两次。第一次运行的时候，读取“加载数据段的函数（_scatterload_copy）”的地址并跳转到该函数处运行（注意加载已初始化数据段和未初始化数据段用的是同一个函数）；第二次运行的时候，读取“初始化栈的函数（_scatterload_zeroinit）”的地址并跳转到该函数处运行。相应的代码如下：

0x0816E 68E0      LDR      r0,[r4,#0x0C]0x08170 F0400301  ORR      r3,r0,#0x010x08174  0x08178 4798      BLX      r3　　　　当然执行这两个函数的时候，还需要传入参数。至于参数，我们在“加载数据段和初始化栈的参数”环节已经阐述过了。当这两个函数都执行完后，结果就是“数据在SRAM上的结构”所展示的图。最后，也把事实加载和初始化的两个函数代码奉上如下：

__scatterload_copy:0x082F4 E002      B        0x082FC0x082F6 C808      LDM      r0!,{r3}0x082F8 1F12      SUBS     r2,r2,#40x082FA C108      STM      r1!,{r3}0x082FC 2A00      CMP      r2,#0x000x082FE D1FA      BNE      0x082F60x08300 4770      BX       lr__scatterload_null:0x08302 4770      BX       lr__scatterload_zeroinit:0x08304 2      MOVS     r0,#0x000x08306 E001      B        0x0830C0x08308 C101      STM      r1!,{r0}0x0830A 1F12      SUBS     r2,r2,#40x0830C 2A00      CMP      r2,#0x000x0830E D1FB      BNE      0x083080x08310 4770      BX       lr