當前的嵌入式應用程序開發(fā)過程里，并且C語言成為了絕大部分場合的最佳選擇。如此一來main函數(shù)似乎成為了理所當然的起點——因為C程序往往從main函數(shù)開始執(zhí)行。但一個經(jīng)常會被忽略的問題是：微控制器(單片機)上電后，是如何尋找到并執(zhí)行main函數(shù)的呢?很顯然微控制器無法從硬件上定位main函數(shù)的入口地址，因為使用C語言作為開發(fā)語言后，變量/函數(shù)的地址便由編譯器在編譯時自行分配，這樣一來main函數(shù)的入口地址在微控制器的內(nèi)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問題，答案也許大同小異，但肯定都有個關(guān)鍵詞，叫“啟動文件”，用英文單詞來描述是“Bootloader”。

無論性能高下，結(jié)構(gòu)簡繁，價格貴賤，每一種微控制器(處理器)都必須有啟動文件，啟動文件的作用便是負責執(zhí)行微控制器從“復位”到“開始執(zhí)行main函數(shù)”中間這段時間(稱為啟動過程)所必須進行的工作。最為常見的51，AVR或MSP430等微控制器當然也有對應啟動文件，但開發(fā)環(huán)境往往自動完整地提供了這個啟動文件，不需要開發(fā)人員再行干預啟動過程，只需要從main函數(shù)開始進行應用程序的設(shè)計即可。

話題轉(zhuǎn)到STM32微控制器，無論是keiluvision4還是IAR EWARM開發(fā)環(huán)境，ST公司都提供了現(xiàn)成的直接可用的啟動文件，程序開發(fā)人員可以直接引用啟動文件后直接進行C應用程序的開發(fā)。這樣能大大減小開發(fā)人員從其它微控制器平臺跳轉(zhuǎn)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，啟動文件往往是第一道難啃卻又無法逾越的坎)。

相對于ARM上一代的主流ARM7/ARM9內(nèi)核架構(gòu)，新一代Cortex內(nèi)核架構(gòu)的啟動方式有了比較大的變化。ARM7/ARM9內(nèi)核的控制器在復位后，CPU會從存儲空間的絕對地址0x000000取出第一條指令執(zhí)行復位中斷服務程序的方式啟動，即固定了復位后的起始地址為0x000000(PC = 0x000000)同時中斷向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3內(nèi)核則正好相反，有3種情況:

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

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

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

而Cortex-M3內(nèi)核規(guī)定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個地址則必須存放復位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3內(nèi)核復位后，會自動從起始地址的下一個32位空間取出復位中斷入口向量，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行復位中斷服務程序。對比ARM7/ARM9內(nèi)核，Cortex-M3內(nèi)核則是固定了中斷向量表的位置而起始地址是可變化的。

有了上述準備只是后，下面以STM32的2.02固件庫提供的啟動文件“stm32f10x_vector.s”為模板，對STM32的啟動過程做一個簡要而全面的解析。

程序清單一：

;文件“stm32f10x_vector.s”，其中注釋為行號

DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ;1

Stack_Size EQU 0x00000400 ;2

AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;3

Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4

__initial_sp ;5

Heap_Size EQU 0x00000400 ;6

AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7

__heap_base ;8

Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9

__heap_limit ;10

THUMB ;11

PRESERVE8 ;12

IMPORT NMIException ;13

IMPORT HardFaultException ;14

IMPORT MemManageException ;15

IMPORT BusFaultException ;16

IMPORT UsageFaultException ;17

IMPORT SVCHandler ;18

IMPORT DebugMonitor ;19

IMPORT PendSVC ;20

IMPORT SysTickHandler ;21

IMPORT WWDG_IRQHandler ;22

IMPORT PVD_IRQHandler ;23

IMPORT TAMPER_IRQHandler ;24

IMPORT RTC_IRQHandler ;25

IMPORT FLASH_IRQHandler ;26

IMPORT RCC_IRQHandler ;27

IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28

IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29

IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30

IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31

IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32

IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33

IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ;34

IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35

IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36

IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ;37

IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38

IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39

IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;40

IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;41

IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;42

IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;43

IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ;44

IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45

IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ;46

IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;47

IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;48

IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;49

IMPORT TIM2_IRQHandler ;50

IMPORT TIM3_IRQHandler ;51

IMPORT TIM4_IRQHandler ;52

IMPORT I2C1_EV_IRQHandler;53

IMPORT I2C1_ER_IRQHandler;54

IMPORT I2C2_EV_IRQHandler;55

IMPORT I2C2_ER_IRQHandler;56

IMPORT SPI1_IRQHandler ;57

IMPORT SPI2_IRQHandler ;58

IMPORT USART1_IRQHandler ;59

IMPORT USART2_IRQHandler ;60

IMPORT USART3_IRQHandler ;61

IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62

IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ;63

IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64

IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ;65

IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66

IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;67

IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68

IMPORT ADC3_IRQHandler ;69

IMPORT FSMC_IRQHandler ;70

IMPORT SDIO_IRQHandler ;71

IMPORT TIM5_IRQHandler ;72

IMPORT SPI3_IRQHandler ;73

IMPORT UART4_IRQHandler ;74

IMPORT UART5_IRQHandler ;75

IMPORT TIM6_IRQHandler ;76

IMPORT TIM7_IRQHandler ;77

IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ;78

IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79

IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80

IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81

AREA RESET, DATA, READONLY ;82

EXPORT __Vectors ;83

__Vectors ;84

DCD __initial_sp ;85

DCD Reset_Handler ;86

DCD NMIException ;87

DCD HardFaultException ;88

DCD MemManageException ;89

DCD BusFaultException ;90

DCD UsageFaultException ;91

DCD 0 ;92

DCD 0 ;93

DCD 0 ;94

DCD 0 ;95

DCD SVCHandler ;96

DCD DebugMonitor ;97

DCD 0 ;98

DCD PendSVC ;99

DCD SysTickHandler ;100

DCD WWDG_IRQHandler ;101

DCD PVD_IRQHandler ;102

DCD TAMPER_IRQHandler ;103

DCD RTC_IRQHandler ;104

DCD FLASH_IRQHandler ;105

DCD RCC_IRQHandler ;106

DCD EXTI0_IRQHandler ;107

DCD EXTI1_IRQHandler ;108

DCD EXTI2_IRQHandler ;109

DCD EXTI3_IRQHandler ;110

DCD EXTI4_IRQHandler ;111

DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ;112

DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113

DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ;114

DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115

DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ;116

DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117

DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ;118

DCD ADC1_2_IRQHandler ;119

DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120

DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121

DCD CAN_RX1_IRQHandler ;122

DCD CAN_SCE_IRQHandler ;123

DCD EXTI9_5_IRQHandler ;124

DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125

DCD TIM1_UP_IRQHandler ;126

DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127

DCD TIM1_CC_IRQHandler ;128

DCD TIM2_IRQHandler ;129

DCD TIM3_IRQHandler ;130

DCD TIM4_IRQHandler ;131

DCD I2C1_EV_IRQHandler;132

DCD I2C1_ER_IRQHandler;133

DCD I2C2_EV_IRQHandler;134

DCD I2C2_ER_IRQHandler;135

DCD SPI1_IRQHandler ;136

DCD SPI2_IRQHandler ;137

DCD USART1_IRQHandler ;138

DCD USART2_IRQHandler ;139

DCD USART3_IRQHandler ;140

DCD EXTI15_10_IRQHandler ;141

DCD RTCAlarm_IRQHandler ;142

DCD USBWakeUp_IRQHandler ;143

DCD TIM8_BRK_IRQHandler ;144

DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145

DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146

DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147

DCD ADC3_IRQHandler ;148

DCD FSMC_IRQHandler ;149

DCD SDIO_IRQHandler ;150

DCD TIM5_IRQHandler ;151

DCD SPI3_IRQHandler ;152

DCD UART4_IRQHandler ;153

DCD UART5_IRQHandler ;154

DCD TIM6_IRQHandler ;155

DCD TIM7_IRQHandler ;156

DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ;157

DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158

DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;159

DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160

AREA |.text|, CODE, READONLY ;161

Reset_Handler PROC ;162

EXPORT Reset_Handler ;163

IF DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164

LDR R0,= 0x00000114 ;165

LDR R1,= 0x40021014 ;166

STR R0,[R1] ;167

LDR R0,= 0x000001E0 ;168

LDR R1,= 0x40021018 ;169

STR R0,[R1] ;170

LDR R0,= 0x44BB44BB ;171

LDR R1,= 0x40011400 ;172

STR R0,[R1] ;173

LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;174

LDR R1,= 0x40011404 ;175

STR R0,[R1] ;176

LDR R0,= 0xB44444BB ;177

LDR R1,= 0x40011800 ;178

STR R0,[R1] ;179

LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180

LDR R1,= 0x40011804 ;181

STR R0,[R1] ;182

LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183

LDR R1,= 0x40011C00 ;184

STR R0,[R1] ;185

LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186

LDR R1,= 0x40011C04 ;187

STR R0,[R1] ;188

LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189

LDR R1,= 0x40012000 ;190

STR R0,[R1] ;191

LDR R0,= 0x44444B44 ;192

LDR R1,= 0x40012004 ;193

STR R0,[R1] ;194

LDR R0,= 0x00001011 ;195

LDR R1,= 0xA0000010 ;196

STR R0,[R1] ;197

LDR R0,= 0x00000200 ;198

LDR R1,= 0xA0000014 ;199

STR R0,[R1] ;200

ENDIF ;201

IMPORT __main ;202

LDR R0, =__main ;203

BX R0 ;204

ENDP ;205

ALIGN ;206

IF :DEF:__MICROLIB ;207

EXPORT __initial_sp ;208

EXPORT __heap_base ;209

EXPORT __heap_limit ;210

ELSE ;211

IMPORT __use_two_region_memory ;212

EXPORT __user_initial_stackheap ;213

__user_initial_stackheap ;214

LDR R0, = Heap_Mem ;215

LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216

LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217

LDR R3, = Stack_Mem ;218

BX LR ;219

ALIGN ;220

ENDIF ;221

END ;222

ENDIF ;223

END ;224

如程序清單一，STM32的啟動代碼一共224行，使用了匯編語言編寫，這其中的主要原因下文將會給出交代?，F(xiàn)在從第一行開始分析：

? 第1行：定義是否使用外部SRAM，為1則使用，為0則表示不使用。此語行若用C語言表達則等價于：

#define DATA_IN_ExtSRAM 0

? 第2行：定義?？臻g大小為0x00000400個字節(jié)，即1Kbyte。此語行亦等價于：

#define Stack_Size 0x00000400

? 第3行：偽指令AREA，表示

? 第4行：開辟一段大小為Stack_Size的內(nèi)存空間作為棧。

? 第5行：標號__initial_sp，表示棧空間頂?shù)刂贰?/span>

? 第6行：定義堆空間大小為0x00000400個字節(jié)，也為1Kbyte。

? 第7行：偽指令AREA，表示

? 第8行：標號__heap_base，表示堆空間起始地址。

? 第9行：開辟一段大小為Heap_Size的內(nèi)存空間作為堆。

? 第10行：標號__heap_limit，表示堆空間結(jié)束地址。

? 第11行：告訴編譯器使用THUMB指令集。

? 第12行：告訴編譯器以8字節(jié)對齊。

? 第13—81行：IMPORT指令，指示后續(xù)符號是在外部文件定義的(類似C語言中的全局變量聲明)，而下文可能會使用到這些符號。

? 第82行：定義只讀數(shù)據(jù)段，實際上是在CODE區(qū)(假設(shè)STM32從FLASH啟動，則此中斷向量表起始地址即為0x8000000)

? 第83行：將標號__Vectors聲明為全局標號，這樣外部文件就可以使用這個標號。

? 第84行：標號__Vectors，表示中斷向量表入口地址。

? 第85—160行：建立中斷向量表。

? 第161行：

? 第162行：復位中斷服務程序，PROC…ENDP結(jié)構(gòu)表示程序的開始和結(jié)束。

? 第163行：聲明復位中斷向量Reset_Handler為全局屬性，這樣外部文件就可以調(diào)用此復位中斷服務。

? 第164行：IF…ENDIF為預編譯結(jié)構(gòu)，判斷是否使用外部SRAM，在第1行中已定義為“不使用”。

? 第165—201行：此部分代碼的作用是設(shè)置FSMC總線以支持SRAM，因不使用外部SRAM因此此部分代碼不會被編譯。

? 第202行：聲明__main標號。

? 第203—204行：跳轉(zhuǎn)__main地址執(zhí)行。

? 第207行：IF…ELSE…ENDIF結(jié)構(gòu)，判斷是否使用DEF:__MICROLIB(此處為不使用)。

? 第208—210行：若使用DEF:__MICROLIB，則將__initial_sp，__heap_base，__heap_limit亦即棧頂?shù)刂罚咽寄┑刂焚x予全局屬性，使外部程序可以使用。

? 第212行：定義全局標號__use_two_region_memory。

? 第213行：聲明全局標號__user_initial_stackheap，這樣外程序也可調(diào)用此標號。

? 第214行：標號__user_initial_stackheap，表示用戶堆棧初始化程序入口。

? 第215—218行：分別保存棧頂指針和棧大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。

? 第224行：程序完畢。

以上便是STM32的啟動代碼的完整解析，接下來對幾個小地方做解釋：

1、 AREA指令：偽指令，用于定義代碼段或數(shù)據(jù)段，后跟屬性標號。其中比較重要的一個標號為“READONLY”或者“READWRITE”，其中“READONLY”表示該段為只讀屬性，聯(lián)系到STM32的內(nèi)部存儲介質(zhì)，可知具有只讀屬性的段保存于FLASH區(qū)，即0x8000000地址后。而“READONLY”表示該段為“可讀寫”屬性，可知“可讀寫”段保存于SRAM區(qū)，即0x2000000地址后。由此可以從第3、7行代碼知道，堆棧段位于SRAM空間。從第82行可知，中斷向量表放置與FLASH區(qū)，而這也是整片啟動代碼中最先被放進FLASH區(qū)的數(shù)據(jù)。因此可以得到一條重要的信息：0x8000000地址存放的是棧頂?shù)刂穇_initial_sp，0x8000004地址存放的是復位中斷向量Reset_Handler(STM32使用32位總線，因此存儲空間為4字節(jié)對齊)。

2、 DCD指令：作用是開辟一段空間，其意義等價于C語言中的地址符“&”。因此從第84行開始建立的中斷向量表則類似于使用C語言定義了一個指針數(shù)組，其每一個成員都是一個函數(shù)指針，分別指向各個中斷服務函數(shù)。

3、標號：前文多處使用了“標號”一詞。標號主要用于表示一片內(nèi)存空間的某個位置，等價于C語言中的“地址”概念。地址僅僅表示存儲空間的一個位置，從C語言的角度來看，變量的地址，數(shù)組的地址或是函數(shù)的入口地址在本質(zhì)上并無區(qū)別。

4、第202行中的__main標號并不表示C程序中的main函數(shù)入口地址，因此第204行也并不是跳轉(zhuǎn)至main函數(shù)開始執(zhí)行C程序。__main標號表示C/C++標準實時庫函數(shù)里的一個初始化子程序__main的入口地址。該程序的一個主要作用是初始化堆棧(對于程序清單一來說則是跳轉(zhuǎn)__user_initial_stackheap標號進行初始化堆棧的)，并初始化映像文件，最后跳轉(zhuǎn)C程序中的main函數(shù)。這就解釋了為何所有的C程序必須有一個main函數(shù)作為程序的起點——因為這是由C/C++標準實時庫所規(guī)定的——并且不能更改，因為C/C++標準實時庫并不對外界開發(fā)源代碼。因此，實際上在用戶可見的前提下，程序在第204行后就跳轉(zhuǎn)至.c文件中的main函數(shù)，開始執(zhí)行C程序了。

至此可以總結(jié)一下STM32的啟動文件和啟動過程。首先對棧和堆的大小進行定義，并在代碼區(qū)的起始處建立中斷向量表，其第一個表項是棧頂?shù)刂?，第二個表項是復位中斷服務入口地址。然后在復位中斷服務程序中跳轉(zhuǎn)¬¬C/C++標準實時庫的__main函數(shù)，完成用戶堆棧等的初始化后，跳轉(zhuǎn).c文件中的main函數(shù)開始執(zhí)行C程序。假設(shè)STM32被設(shè)置為從內(nèi)部FLASH啟動(這也是最常見的一種情況)，中斷向量表起始地位為0x8000000，則棧頂?shù)刂反娣庞?x8000000處，而復位中斷服務入口地址存放于0x8000004處。當STM32遇到復位信號后，則從0x80000004處取出復位中斷服務入口地址，繼而執(zhí)行復位中斷服務程序，然后跳轉(zhuǎn)__main函數(shù)，最后進入mian函數(shù)，來到C的世界。