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[導讀]STM32的啟動文件與編譯器有關,不同編譯器,它的啟動文件不同。雖然啟動文件(匯編)代碼各有不同,但它們原理類似,都屬于匯編程序。

首先,你要知道STM32啟動文件中啟動流程,你就需要掌握一點匯編基礎知識。

匯編語言屬于機器語言,或者說低級語言,C語言屬于高級語言,所以,匯編和C語言在語法上差異很大。

如果你學底層開發(fā),匯編的一些基礎知識需要掌握。不需要精通,但需要看懂常見的匯編代碼。

STM32的啟動文件與編譯器有關,不同編譯器,它的啟動文件不同。

雖然啟動文件(匯編)代碼各有不同,但它們原理類似,都屬于匯編程序。

我們拿基于MDK-ARM的啟動文件來舉例,說一下要點內容。

從上電復位到main函數(shù)的過程主要由以下步驟:

1.初始化堆棧指針SP=_initial_sp,初始化PC指針=Reset_Handler

2.初始化中斷向量表

3.配置系統(tǒng)時鐘

4.調用C庫函數(shù)_main初始化用戶堆棧,然后進入main函數(shù)

STM32的啟動流程大致可分為以下幾步:

1、設置堆棧

2、跳轉到Reset_Handler

3、Reset_Handler調用SystemInit完成時鐘、中斷向量偏移的初始化工作,然后跳轉到__main,__main函數(shù)會完成RW、ZI數(shù)據(jù)段的重定位工作,即將ROM中的RW數(shù)據(jù)拷貝到RAM中,將ZI段清零,然后跳轉到_rt_entry進行Stack和Heap的初始化。

4、跳轉到真正的main函數(shù)。

ST官方給我們提供了啟動文件,我們可以通過啟動文件來詳細地分析STM32的啟動流程。我們以STM32L431為例,分析其MDK平臺的啟動文件:startup_stm32l431xx.s,首先來熟悉啟動文件涉及的幾個匯編命令。

詳解STM32啟動流程

啟動文件涉及的匯編命令

一、 設置Stack(棧)大小

開辟棧的大小為 0X00000400(1KB),名字為 STACK, NOINIT 即不初始化,可讀可寫, 8(2^3)字節(jié)對齊。

棧的作用是用于局部變量,函數(shù)調用,函數(shù)形參等的開銷,棧的大小不能超過內部SRAM 的大小。如果編寫的程序比較大,定義的局部變量很多,那么就需要修改棧的大小。如果某一天,你寫的程序出現(xiàn)了莫名奇怪的錯誤,并進入了HardFault 的時候,這時你就要考慮下是不是棧不夠大,溢出了。

EQU:宏定義的偽指令,相當于等于,類似于 C 中的 define。

AREA:告訴匯編器匯編一個新的代碼段或者數(shù)據(jù)段。 STACK 表示段名,這個可以任意命名; NOINIT 表示不初始化; READWRITE 表示可讀可寫, ALIGN=3,表示按照 2^3對齊,即 8 字節(jié)對齊。

SPACE:用于分配一定大小的內存空間,單位為字節(jié)。這里指定大小等于 Stack_Size。

標號__initial_sp 緊挨著 SPACE 語句放置,表示棧的結束地址,即棧頂?shù)刂?,棧是由高向低生長的。

二、設置Heap(堆)大小

開辟堆的大小為 0X00000200(512 字節(jié)),名字為 HEAP, NOINIT 即不初始化,可讀可寫, 8(2^3)字節(jié)對齊。 __heap_base 表示對的起始地址, __heap_limit 表示堆的結束地址。堆是由低向高生長的,跟棧的生長方向相反。

堆主要用來動態(tài)內存的分配,malloc()函數(shù)申請的內存就在堆上面,但一般都是用開發(fā)者自己實現(xiàn)的malloc。

三、定義中斷向量表

對于 Cortex-M3 內核,ARM 規(guī)定向量表的起始位置存放的是棧頂指針 MSP 的地址值,緊接著存放的是復位中斷入口函數(shù)的地址。當剛上電的時候,硬件會根據(jù)向量表的地址找到向量表的具體位置(對于向量表的地址是可以通過 NVIC 中的一個重定位寄存器來設置的,復位時該寄存器的值為0),然后會根據(jù)向量表中的這兩個數(shù)據(jù),設置 SP、PC 的值,這時 CPU 就會從復位中斷的入口函數(shù)開始取指令運行程序。

“DCD __initial_sp”這行代碼是將__initial_sp的值放到其實位置,硬件會初步將SP設置為__initial_sp,這樣才能調用后續(xù)的C代碼,例如SystemInit。為什么說是初步設置呢,因為后面用戶可以重新設置SP指針。

PRESERVE8: 指定當前文件的堆棧按照 8 字節(jié)對齊。

THUMB:表示后面指令兼容 THUMB 指令。 THUBM 是 ARM 以前的指令集, 16bit,現(xiàn)在 Cortex-M 系列的都使用 THUMB-2 指令集, THUMB-2 是 32 位的,兼容 16 位和 32 位的指令,是 THUMB 的超集。

__Vectors 為向量表起始地址, __Vectors_End 為向量表結束地址,兩個相減即可算出向量表大小。

向量表從 FLASH 的 0 地址開始放置,以 4 個字節(jié)為一個單位,地址 0 存放的是棧頂?shù)刂罚?0X04 存放的是復位程序的地址,以此類推。從代碼上看,向量表中存放的都是中斷服務函數(shù)的函數(shù)名, C 語言中的函數(shù)名就是一個地址。

DCD:分配一個或者多個以字為單位的內存,以四字節(jié)對齊,并要求初始化這些內存。在向量表中, DCD 分配了一堆內存,并且以 ESR 的入口地址初始化它們。

四、默認中斷函數(shù)

PROC和 ENDP 相當于一個括號,表示中間是一個過程的代碼。接下來就是非常重要的一個中斷:復位中斷Reset_Handler,它是MCU上電后的第一個函數(shù),它先調用SystemInit完成時鐘、中斷向量偏移的初始化工作,然后跳轉到__main,__main函數(shù)會完成RW、ZI數(shù)據(jù)段的重定位工作,即將ROM中的RW數(shù)據(jù)拷貝到RAM中,同時將ZI段清零。

啟動文件幫我們默認完成了中斷函數(shù)的編寫,例如NMI_Handler、HardFault_Handler等,函數(shù)的功能相當于while(1)死循環(huán),這些函數(shù)都是用WEAK弱定義的,如果需要,我們可以重寫這些中斷函數(shù)。

五、設置堆棧的初始化方式

前面設置的是堆棧的大小,這里還需要對堆棧做一些初始化工作,主要是將這些區(qū)域進行清零。

ALIGN:對指令或者數(shù)據(jù)存放的地址進行對齊,后面會跟一個立即數(shù)。缺省表示 4 字節(jié)對齊。

IF,ELSE,ENDIF:匯編的條件分支語句,跟 C 語言的 if ,else 類似

END:文件結束

程序有兩條分支可選,首先判斷是否定義了__MICROLIB ,如果定義了這個宏則有C庫完成堆棧的初始化,:賦予標號__initial_sp(棧頂?shù)刂?、 __heap_base(堆起始地址)、 __heap_limit(堆結束地址)全局屬性,可供外部文件調用,例如C文件只要externa int __initial_sp,就可以使用這個變量了。有關這個宏我們在 KEIL 里面配置,如下圖所示。然后堆棧的初始化就由 C 庫函數(shù)_main 來完成。

KEIL軟件設置MicroLIB

如果沒有定義 __MICROLIB , 則采用雙段存儲器模式,即堆區(qū)和棧區(qū)是分開的(如果不采用雙段模式,因為堆和棧增長的方向是相反的,如果撞上了,程序會崩潰),且聲明標號__user_initial_stackheap 具有全局屬性,讓用戶自己來初始化堆棧。

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