ARM MCU启动流程分析_arm单片机启动流程

MCU上电后默认取0x00000000地址的内容作为SP栈顶指针，取0x00000004地址内容作为上电复位第一个执行的函数地址，在startup_gd32a50x.s中就是Reset_Handler函数，

Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  SystemInit   ；声明文件外定义的函数,MCU时钟配置
                IMPORT  __main       ；这个是keil库自带的函数
                LDR     R0, =SystemInit  ；将systemnit函数地址赋值给内部寄存器R0
                BLX     R0   ；跳转到该函数执行。BL表示执行完后返回LR链接地址
                LDR     R0, =__main
                BX      R0   ; BX表示不返回
                ENDP
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MCU默认上电是从0x00000000地址开始执行，我们MCU内部flash地址为0x08000000,可以通过将MCU的boot0和boot1两个引 脚置为不同的电平组合进行启动地址映射。

SystemInit函数配置MCU运行时钟及中断向量表重定位。

_main函数是keil自带的封装函数，我们看不到具体的实现代码，主要功能就是将RW段（初始化不为0的全局变量）从它的加载地址（下载flash地址）拷贝到对应的ram地址去，同时在RAM地址RW段之后将ZI段（定义未初始化的全局变量）大小地址清0，最后跳到main函数入口地址。
keil工程的配置如下：

一般在界面上配置rom和ram起始地址和大小，keil会根据配置生成一个分散加载脚本，起始就是链接脚本，编译器将各模块.c编译成目标.o文件，链接脚本就是决定它们在最终的image镜像文件中的放置顺序。

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00060000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00060000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x0000C000{  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}
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红色为map文件加载地址，绿色为它的运行地址，因为它属于RO段，不需要从flash 拷贝到ram去执行，故它的运行地址就是它的加载地址。

对于rw段，它的运行地址是ram，加载地址是flash，这部分工作就需要_main去完成。
我们可以修改启动文件startup_gd32a50x.s，不用keil自带的__main函数，然后自己实现RW段从flash到ram地址的拷贝，RAM中ZI段的清0，自定义一个最终的入口函数my_main

;/* reset Handler */
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler                     [WEAK]
                IMPORT  RW_Copy_Load
                IMPORT  ZI_Clear
                IMPORT  my_main
                IMPORT |Image$$RW_IRAM1$$RW$$Base| ;keil自带,RW段ram起始地址
                IMPORT |Load$$ER_IROM1$$RW$$Base| ；RW段在flash中的地址
                IMPORT |Image$$RW_IRAM1$$RW$$Length|；RW段占的字节数
                IMPORT |Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Base| ;ZI段RAM起始地址
                IMPORT |Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Length|;ZI段字节数
                IMPORT  SystemInit
;                IMPORT  __main
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0
;                BL      SystemInit
                LDR     R0, =|Load$$ER_IROM1$$RW$$Base|；源地址 调C语言传参
                LDR     R1, =|Image$$RW_IRAM1$$RW$$Base|；目的地址
                LDR     R2, =|Image$$RW_IRAM1$$RW$$Length|；拷贝数据长度
                BL      RW_Copy_Load；跳到拷贝C函数执行
                LDR     R0, =|Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Base|；ZI段RAM的起始地址
                LDR     R1, =|Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Length|; ZI段RAM的数据长度
                BL      ZI_Clear；跳到ZI段清0函数执行
                LDR     R0, = my_main ；跳到我们自定义的my_main函数执行
                BX      R0
                ENDP

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//RW段拷贝C函数
void RW_Copy_Load(uint8_t* source,uint8_t* dest, uint16_t length)
{
    uint16_t num;
    for(num = 0;num < length;num++){
        *dest = *source;
        dest+=1;
        source+=1;
    }
}

//ZI段清0函数
void ZI_Clear(uint8_t* ZI_base,uint16_t length)
{
    uint16_t num;
    for(num = 0;num < length;num++){
        *ZI_base = 0;
        ZI_base+=1;
    }
}

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修改中断向量表将栈顶指针地址设为0x2000C000，通过编译map文件可知Reset_Handler第一个复位执行函数的地址为0x0800015d


进入debug仿真后，通过memory窗口读flash起始地址值如下：

可以看到flash起始地址0x08000000地址内容是栈顶指针0x2000C000，0x08000004地址内容是0x0800015D，正是Reset_Handler函数的地址，也就是上电后PC指针读取第一个要执行的函数地址。
内核寄存器值如下：

通过寄存器窗口也可以看到SP指针为0x2000C000，PC指针为0x0800015C，这不是0x0800015D的原因是arm架构MCU是采用Thumb32和Thumb16位指令集混用，0x0800015D是16bit指令，0x0800015C是32位指令，区别就是最低bit位为1是16bit，为0是32bit。
Debug仿真在my_main函数设置断点，全速运行，可以看到程序跳转到my_main函数

我们代码中定义的全局变量uint8_t num[5]= {0,1,2,3,4};在debug模式下，寄存器窗口sram地址可以看到0x00~0x04被从flash加载地址拷贝到sram运行地址如下：

因为keil中编译器会将所有模块的库.c都会编译成.o，包括我们main函数中并没有用到的，如果在链接时把main中没有调用的模块.o也链接的，会导致最终的image镜像文件非常大，所以keil中自带的分散加载文件（就是链接脚本），它会在链接时把main中没用的模块.o从镜像文件去除，只保存调用的。
在linux驱动开发中我们要自己编写makefile来决定编译哪个文件及不编译哪个文件，包括各个目标文件所依赖的.c文件，同时也要自己实现.lds链接脚本指定image运行的入口enrty地址，包括text、RW、RO及ZI段的链接顺序及堆栈的初始化，代码从加载地址到运行地址的拷贝等等，就是keil软件隐藏的很多细节都要自己实现。