F407/103启动文件and启动过程_stm32f407启动文件

STM32 启动文件简介

STM32 启动文件由 ST 官方提供，在官方的固件包里。

startup_stm32f40_41xxx.s

启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。

启动文件主要做了以下工作：

1 、初始化堆栈指针 SP = _initial_sp

2 、初始化程序计数器指针 PC = Reset_Handler

3 、设置堆和栈的大小

4 、初始化中断向量表

5 、配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）

6 、配置系统时钟，通过调用 SystemInit 函数（可选）

7 、调用 C 库中的 _main 函数初始化用户堆栈，最终调用 main 函数

启动文件中的一些指令

接下来结合这些指令说明对启动文件进行注释

栈空间的开辟

栈空间的开辟，源码如图 2.1.1 所示：

33 行 EQU ：宏定义的伪指令， 给数字常量取一个符号名， 类似与 C 中的 define 。 定义栈大小为 0x00000400 字节，即 1024B （ 1KB ），常量的符号是 Stack_Size 。

35 行 AREA 汇编一个新的代码段或者数据段。段名为 STACK ，段名可以任意命名； NOINIT 表示不初始化； READWRITE 表示可读可写； ALIGN=3 ，表示按照 2^3 对齐，即 8 字节对齐。

36 行 SPACE 分配内存指令，分配大小为 Stack_Size 字节连续的存储单元给栈空间。

37 行 __initial_sp 紧挨着 SPACE 放置，表示栈的结束地址，栈是从高往低生长，所以结束地址就是栈顶地址。

栈主要用于存放局部变量，函数形参等，属于编译器自动分配和释放的内存，栈的大小不能超过内部 SRAM 的大小。如果工程的程序量比较大，定义的局部变量比较多，那么就需要在启动代码中修改栈的大小，即修改 Stack_Size 的值。如果程序出现了莫名其妙的错误，并进入了 HardFault 的时候，你就要考虑下是不是栈空间不够大，溢出了的问题。

关于ARM的栈设计

ARM使用的是满减栈

点击以上链接可查看详情。

关于栈顶地址，我们 可以通过.map 文件查看，方法如图 2.1.2 所示。关于 .map 文件的详细介绍，大家可以查看正点原子团队编写的：《MAP 文件浅析 .pdf 》这个文档 。

图 2.1.2 通过 .map 文件查看栈顶地址

我们定义 Stack_Size 的大小是 0x00000400 ，图 2.1.2 中可以看到栈顶地址 __initial_sp 的 地址是 0x20000788 ，那栈底地址是多少呢？从图中可以知道是 0x20000388 。所以栈顶地址

0x20000788 到栈底地址 0x20000388 的内存大小刚好就是 Stack_Size 的大小。栈是从高往低生长，所以每使用一个栈空间地址，栈顶地址__initial_sp 就减一。

堆空间的开辟

堆空间的开辟，源码如图 2.2.1 所示：

堆空间开辟代码跟栈空间开辟代码是类似的了。这部分代码的意思就是：开辟堆的大小为 0x00000200 （ 512 字节），段名为 HEAP ， 不初始化，可读可写， 8 字节对齐。 __heap_base表示堆的起始地址，__heap_limit 表示堆的结束地址。堆和栈的生长方向相反的，堆是由低向高生长，而 栈是从高往低生长 。

堆主要用于动态内存的分配，像 malloc() 、 calloc() 和 realloc() 等函数申请的内存就在堆上。堆中的内存一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。

接下来是 PRESERVE8 和 THUMB 指令两行代码。如图 2.2.2 所示。

PRESERVE8 ：指示编译器按照 8 字节对齐。

THUMB ：指示编译器之后的指令为 THUMB 指令。

中断向量表定义（简称：向量表）

中断向量表定义代码，如图 2.3.1 所示：

定义一个数据段，名字为 RESET, READONLY 表示只读。EXPORT 表示声明一个标号具有全局属性，可被外部的文件使用。这里是声明了__Vectors、__Vectors_End 和__Vectors_Size 三个标号具有全局性，可被外部的文件使用。

当内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程(ESR)就会执行。为了决定 ESR的入口地址，内核使用了向量表查表机制。向量表其实是一个 WORD（32 位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该 ESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过 NVIC 中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为 0。因此，在地址 0 （即 FLASH 地址 0） 处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。

注意，这里是逻辑位置，就是说，如果Flash中代码段的真实起始地址为A，则实际的向量表地址为A+相对偏移。

__Vectors 为向量表起始地址，__Vectors_End 为向量表结束地址， __Vectors_Size 为向量表大小，__Vectors_Size = __Vectors_End - __Vectors 。

DCD ：分配一个或者多个以字为单位的内存，以四字节对齐，并要求初始化这些内存。

中断向量表被放置在代码段的最前面。例如：当我们的程序在 FLASH 运行时，那么向量表的起始地址是：0x0800 0000 。结合图 2.3.2 可以知道，地址 0x0800 0000 存放的是栈顶地址。DCD ：以四字节对齐分配内存，也就是下个地址是 0x0800 0004 ，存放的是 Reset_Handler中断函数入口地址。

从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，所以 C 语言中的函数名对芯片来说实际上就是一个地址。

举个例子，如果发生了异常 SVCall ，则 NVIC 会计算出地址偏移量（注意，是偏移量，不是实际地址）是 11x4=0x2C ，然后从那里取出服务例程的入口地址并跳入。 要注意的是这里有个另类：地址 0x0000 0000 并不是什么入口地址，而是给出了复位后 MSP 的初值（这个指针里存的是栈顶地址）。

复位程序

接下来是定义只读代码段，如图 2.4.1 所示：

定义一个段，命名为 .text ，只读的代码段， 在 CODE 区。 复位子程序代码，如图 2.4.2 所示：

复位子程序代码，如图 2.4.2 所示：

利用 PROC 、 ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰。

145 行子程序开始

146 行 声明复位中断向量 Reset_Handler 为全局属性，这样外部文件就可以调用此复位中断服务。WEAK ：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用 外部定义的标号 ，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件重新实现，这里并不是唯一的。

147 行和 148 行 IMPORT 表示该标号来自外部文件。这里表示 SystemInit 和 __main 这两个函数均来自外部的文件。

149 行 LDR 表示从存储器中加载字到一个存储器中。 SystemInit 是一个标准的库函数，在 system_stm32f1xx.c 文件中定义，主要作用是配置系统时钟、还有就是初始化 FSMC/FMC总线上外挂的 SRAM( 可选 ) ，前面说配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）就是这个。

150 行 BLX 表示 跳转到由寄存器给出的地址，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 。

151 行把 __main 的地址给 R0 。 __main 是一个标准的 C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈和变量等，最终调用 main 函数去到 C 的世界。这就是为什么我们写的程序都有一个 main 函数的原因，如果不调用 __main ，那么程序最终就不会调用我们 C 文件里面的main，也就无法正常运行。

152 行 BX 表示 跳转到由寄存器 / 标号给出的地址，不用返回。这里表示切换到 __main地址，最终调用 main 函数，不返回，进入 C 的世界。

153 行 ENDP 表示 子程序结束。

LDR、 BLX 、 BX 是内核的指令，可在《 CM3 权威指南 CnR2 》第四章 - 指令集里面查询到。

中断服务程序

接下来就是中断服务程序了，如图 2.5.1 所示：

可以看到这些中断服务函数都被 [WEAK] 声明为弱定义函数，如果外部文件声明了一个标号，则优先使用外部文件定义的标号，如果外部文件没有定义也不会出错。

这些中断函数分为系统异常中断和外部中断，外部中断根据不同芯片有所变化。 B 指令是跳转到一个标号，这里跳转到一个‘

. ’，表示无限循环。

在启动文件代码中，已经把我们所有中断的中断服务函数写好了，但都是声明为弱定义，所以真正的中断服务函数需要我们在外部实现。

如果我们开启了某个中断，但是忘记写对应的中断服务程序函数又或者把中断服务函数名写错，那么中断发生时，程序就会跳转到启动文件预先写好的弱定义的中断服务程序中，并且在 B 指令作用下跳转到一个‘ .’中，无限循环。

这里的系统异常中断是内核的，外部中断是外设的。

用户堆栈初始化

ALIGN 指令，如图 2.6.1 所示：

ALIGN 表示对指令或者数据的存放地址进行对齐，一般需要跟一个立即数，缺省表示4 字节对齐。要注意的是，这个不是 ARM 的指令，是编译器的。

接下就是启动文件最后一部分代码，用户堆栈初始化代码，如图 2.6.2 所示：

331 行判断是否定义了 __MICROLIB 。关于 __MICROLIB 这个宏定义，我们是在 KEIL里面配置

勾选了 Use MicroLIB 就代表定义了 __MICROLIB 这个宏。

333 行到 335 行如果定义 __MICROLIB ，声明 __initial_sp 、 __heap_base 和 __heap_limit，这三个标号具有全局属性，可被外部的文件使用。__initial_sp 表示栈顶地址， __heap_base表示堆起始地址，__heap_limit 表示堆结束地址。

337 行没有定义 __MICROLIB ，实际的情况就是我们没有定义 __MICROLIB ，所以使用默认的 C 库运行。堆栈的初始化由 C 库函数 __main 来完成。

339 行 IMPORT 声明 __use_two_region_memory 标号来自外部文件。

340 行 EXPORT 声明 __user_initial_stackheap 具有全局属性，可被外部的文件使用。

342 行标号 __user_initial_stackheap ，表示用户堆栈初始化程序入口。

接下来进行堆栈空间初始化，堆是从低到高生长，栈是从高到低生长，是两个互相独立的数据段，并且不能交叉使用。

344 行保存堆起始地址。

345 行保存栈大小。

346 行保存堆大小。

347 行保存栈顶指针。

348 行 跳转到 LR 标号给出的地址，不用返回。

354 行 END 表示到达文件的末尾，文件结束。

Use MicroLIB

MicroLIB 是 MDK 自带的微库，是缺省 C 库的备选库， MicroLIB 进行了高度优化使得其代码变得很小，功能比缺省 C 库少。 MicroLIB 是没有源码的，只有库。

系统启动过程

可参考：关于ARM架构和cortexM内核的知识总结_路溪非溪的博客-CSDN博客

STM32复位的全过程

其实看懂启动文件就知道了。

This module performs:

;*                      - Set the initial SP

;*                      - Set the initial PC == Reset_Handler

;*                      - Set the vector table entries with the exceptions ISR address

;*                      - Configure the system clock and the external SRAM mounted on

;*                        STM324xG-EVAL board to be used as data memory (optional,

;*                        to be enabled by user)

;*                      - Branches to __main in the C library (which eventually

;*                        calls main()).

;*                      After Reset the CortexM4 processor is in Thread mode,

;*                      priority is Privileged, and the Stack is set to Main.

主要就是干以下三件事情：

1. 为堆栈分配大小并进行初始化；
2. 在0地址处定义中断向量表，并声明中断服务函数；
3. 执行复位的中断服务程序，在该程序里执行系统初始化，并设置时钟，系统初始化结束后跳转main函数开始执行用户程序；