STM32启动过程启动文件分析-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

一、概述

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]  ; @0x08184
0x0816A 4D07      LDR      r5,[pc,#28]  ; @0x08188
0x0816C E006      B        0x0817C
0x0816E 68E0      LDR      r0,[r4,#0x0C]
0x08170 F0400301  ORR      r3,r0,#0x01
0x08174 E8947  LDM      r4,{r0-r2}
0x08178 4798      BLX      r3
0x0817A 3410      ADDS     r4,r4,#0x10
0x0817C 42AC      CMP      r4,r5
0x0817E D3F6      BCC      0x0816E
0x08180 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,#0x01
0x08174  
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        0x082FC
0x082F6 C808      LDM      r0!,{r3}
0x082F8 1F12      SUBS     r2,r2,#4
0x082FA C108      STM      r1!,{r3}
0x082FC 2A00      CMP      r2,#0x00
0x082FE D1FA      BNE      0x082F6
0x08300 4770      BX       lr
                 __scatterload_null:
0x08302 4770      BX       lr
                 __scatterload_zeroinit:
0x08304 2      MOVS     r0,#0x00
0x08306 E001      B        0x0830C
0x08308 C101      STM      r1!,{r0}
0x0830A 1F12      SUBS     r2,r2,#4
0x0830C 2A00      CMP      r2,#0x00
0x0830E D1FB      BNE      0x08308
0x08310 4770      BX       lr

5、跳转到C文件的main函数

                 _main_init:
0x08138 4800      LDR      r0,[pc,#0]  ; @0x0813C
0x0813A 4700      BX       r0

五、异常向量与中断向量表

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler

                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler           ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler   ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler   ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler   ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End

View Code

　　这段代码就是定义异常向量表，在之前有一个“J-Flash打开hex文件”的图片跟这个表格是一一对应的。编译器根据我们定义的函数 Reset_Handler、NMI_Handler等，在连接程序阶段将这个向量表填入这些函数的地址。

startup_stm32f10x_hd.s内容：

NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP


stm32f10x_it.c中内容：
void NMI_Handler(void)
{
}

　　在启动汇编文件中已经定义了函数NMI_Handler，但是使用了“弱”，它允许我们再重新定义一个NMI_Handler函数，程序在编译的时候会将汇编文件中的弱函数“覆盖掉”--两个函数的代码在连接后都存在，只是在中断向量表中的地址填入的是我们重新定义函数的地址。

六、使用微库与不使用微库的区别

　　使用微库就意味着我们不想使用MDK提供的库函数，而想用自己定义的库函数，比如说printf函数。那么这一点是怎样实现的呢？我们以printf函数为例进行说明。

1、不使用微库而使用系统库

　　在连接程序时，肯定会把系统中包含printf函数的库拿来调用参与连接，即代码段有系统库的参与。

　　在启动过程中，不使用微库而使用系统库在初始化栈的时候，还需要初始化堆（猜测系统库需要用到堆），而使用微库则是不需要的。

                 IF      :DEF:__MICROLIB
                
                 EXPORT  __initial_sp
                 EXPORT  __heap_base
                 EXPORT  __heap_limit
                
                 ELSE
                
                 IMPORT  __use_two_region_memory
                 EXPORT  __user_initial_stackheap
                 
__user_initial_stackheap

                 LDR     R0, =  Heap_Mem
                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
                 LDR     R3, = Stack_Mem
                 BX      LR

                 ALIGN

                 ENDIF

　　另外，在执行__main函数的过程中，不仅需要完成“使用微库”情况下的所有工作，额外的工作还需要进行库的初始化，才能使用系统库（这一部分我还没有深入探讨）。附上__main函数的内容：

                  __main:
0x08130 FF802  BL.W     __scatterload_rt2_thumb_only (0x08138)
0x08134 FF83C  BL.W     __rt_entry_sh (0x081B0)
                 __scatterload_rt2_thumb_only:
0x08138 A00A      ADR      r0,{pc}+4  ; @0x08164
0x0813A E8900C00  LDM      r0,{r10-r11}
0x0813E 4482      ADD      r10,r10,r0
0x08140 4483      ADD      r11,r11,r0
0x08142 F1AA0701  SUB      r7,r10,#0x01
                 __scatterload_null:
0x08146 45DA      CMP      r10,r11
0x08148 D101      BNE      0x0814E
0x0814A FF831  BL.W     __rt_entry_sh (0x081B0)
0x0814E F2AF0E09  ADR.W    lr,{pc}-0x07  ; @0x08147
0x08152 E8BAF  LDM      r10!,{r0-r3}
0x08156 F0130F01  TST      r3,#0x01
0x0815A BF18      IT       NE
0x0815C 1AFB      SUBNE    r3,r7,r3
0x0815E F0430301  ORR      r3,r3,#0x01
0x08162 4718      BX       r3
0x08164 0298      LSLS     r0,r3,#10
0x08166 0      MOVS     r0,r0
0x08168 02B8      LSLS     r0,r7,#10
0x0816A 0      MOVS     r0,r0
                 __scatterload_copy:
0x0816C 3A10      SUBS     r2,r2,#0x10
0x0816E BF24      ITT      CS
0x08170 C878      LDMCS    r0!,{r3-r6}
0x08172 C178      STMCS    r1!,{r3-r6}
0x08174 D8FA      BHI      __scatterload_copy (0x0816C)
0x08176 0752      LSLS     r2,r2,#29
0x08178 BF24      ITT      CS
0x0817A C830      LDMCS    r0!,{r4-r5}
0x0817C C130      STMCS    r1!,{r4-r5}
0x0817E BF44      ITT      MI
0x08180 6804      LDRMI    r4,[r0,#0x00]
0x08182 600C      STRMI    r4,[r1,#0x00]
0x08184 4770      BX       lr
0x08186 0      MOVS     r0,r0
                 __scatterload_zeroinit:
0x08188 2300      MOVS     r3,#0x00
0x0818A 2400      MOVS     r4,#0x00
0x0818C 2500      MOVS     r5,#0x00
0x0818E 2600      MOVS     r6,#0x00
0x08190 3A10      SUBS     r2,r2,#0x10
0x08192 BF28      IT       CS
0x08194 C178      STMCS    r1!,{r3-r6}
0x08196 D8FB      BHI      0x08190
0x08198 0752      LSLS     r2,r2,#29
0x0819A BF28      IT       CS
0x0819C C130      STMCS    r1!,{r4-r5}
0x0819E BF48      IT       MI
0x081A0 600B      STRMI    r3,[r1,#0x00]
0x081A2 4770      BX       lr
                 __rt_lib_init:
0x081A4 B51F      PUSH     {r0-r4,lr}
0x081A6 F3AF8  NOP.W    
                 __rt_lib_init_user_alloc_1:
0x081AA BD1F      POP      {r0-r4,pc}
                 __rt_lib_shutdown:
0x081AC B510      PUSH     {r4,lr}
                 __rt_lib_shutdown_user_alloc_1:
0x081AE BD10      POP      {r4,pc}
                 __rt_entry_sh:
0x081B0 FF82F  BL.W     __user_setup_stackheap (0x08212)
0x081B4 4611      MOV      r1,r2
                 __rt_entry_postsh_1:
0x081B6 F7FFFFF5  BL.W     __rt_lib_init (0x081A4)
                 __rt_entry_postli_1:
0x081BA FF919  BL.W     main (0x083F0)

View Code

2、使用微库而不使用系统库

　　在程序连接时，不会把包含printf函数的库连接到终极目标文件中，而使用我们定义的库。

　　启动时需要完成的工作就是之前论述的步骤1、2、3、4、5，相比使用系统库，启动过程步骤更少。

关键字：STM32 启动过程启动文件引用地址：STM32启动过程启动文件分析

上一篇：ARM中断处理及状态机嵌套实现
下一篇：基于ARM9的一种新型馈线自动化终端设计

推荐阅读最新更新时间：2024-03-16 14:55

STM32和OV2640的嵌入式图像采集系统设计

引言随着电子产品向低功耗、低价格、智能化的方向发展,利用视频传感器采集图像成为研究热点，如可视门铃、安全监控、赛车自动循迹、烟叶图像采集、草本叶子图像采集等。本文根据在线采集、分析、存储图像的需求，设计了嵌入式图像采集系统，运用嵌入式芯片STM32对图像信息进行采集、显示和存储。 1 系统结构与功能图像采集系统以基于ARM公司的CortexM3内核的STM32F103RBT6（以下简称STM32）处理器为核心，配合OV2640摄像头和TFT液晶显示器，是一款采集像素多、实时性好且成本低廉的图像采集系统。系统的硬件结构框图如图1所示，系统通过JLink口实现程序在STM32上的仿真、在线调试，利用JLI

[单片机]

<font color='red'>STM32</font>和OV2640的嵌入式图像采集系统设计

STM32学习笔记——利用通用定时器TIM2进行精确延时

1. 通用定时器概述及性能 1.1 概述在作者所使用的stm32芯片上，共有TIM1 1个高级定时器以及TIM2、TIM3、TIM4共3个通用定时器。其中各通用定时器均由一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度(输入采集)或者产生输出波形(输出比较和PWM)。使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。定时器是完全独立的，而且没有互相共享任何资源。它们可以一起同步操作。 1.2 性能通用TIMx定时器特性包括： 16 位向上，向下，向上/向下自动装载计数器 16 位可编程预分频器，计数器时钟频率的分频

[单片机]

<font color='red'>STM32</font>学习笔记——利用通用定时器TIM2进行精确延时

STM32的GPIO操作配置和使用方法

一、前言本篇开始对STM32的GPIO在实际开发设计中的使用配置和技巧进行探讨，可以先去回顾下之前介绍的GPIO的相关理论基础知识包括基本结构，工作模式和寄存器原理。了解过STM32的GPIO相关的理论知识，这样在应用GPIO开发过程中，能更好的理解GPIO的特点，应用起来会更加的得心应手。后续将从以下图1中所示的几个方面对GPIO应用设计中的步骤展开介绍。本篇先介绍GPIO的基本API函数定义，配置初始化的流程，以及使用技巧；针对将GPIO的引脚用于外部中断的功能将作为单独的一篇进行详细的讨论介绍。图1 GPIO应用设计二、API函数 STM32有多种类型的库，本节所介绍的STM32的GPIO函

[单片机]

<font color='red'>STM32</font>的GPIO操作配置和使用方法

STM32串口DMA问题详解

昨天晚上在STM32串口DMA的问题上纠结了好长时间，所以今天上午写篇博客来谈谈我对串口DMA发送的理解。讨论三个问题： 1、什么叫串口DMA 请求； 2、串口简要复习； 3、串口DMA发送流程。 1、什么叫串口DMA 请求（战舰STM32开发板）说这个问题之前先简单回顾DMA的基本特性。先导出原子哥的PPT内容： DMA 全称Direct Memory Access，即直接存储器访问。 DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实现和完成的。 STM32有两个DMA控制器（DMA2只存在于大容量产品中），DMA1有7个通道，DMA2有5个通道，

[单片机]

STM32中如何使用PC14和PC15

在STM32的数据手册的管脚分配图中可以看到：PC14与OSC32_IN公用一个引脚，PC15与OSC32_OUT公用一个引脚，它们的使用方法如下：当LSE（低速外部时钟信号）开启时，这两个公用管脚的功能是OSC32_IN和OSC32_OUT。当LSE（低速外部时钟信号）关闭时这两个公用管脚的功能是PC14和PC15。备用区域控制寄存器(RCC_BDCR)的LSEON用于控制LSE的开启或关闭。关于这个寄存器的用法请参看《STM3210x技术参考手册》。作为GPIO输出的配置过程： (1).使能GPIOC时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,

[单片机]

基于Xmodem的STM32的IAP升级【转】

实验平台：windows7 + STM32F103ZET6 实验目的：你不需要任何烧录工具，就可以对你的产品进行远程升级代码！ 1. Xmodem协议简介 2. IAP编程原理 3. Boot与App程序设计 4. 实验步骤 5. 远程升级应用 1.modem 协议串行通信的文件传输协议主要有：Xmodem、Ymodem、Zmodem和KERMIT等。 Xmodem 协议传输由接收程序和发送程序完成。先由接收程序发送协商字符，协商校验方式，协商通过之后发送程序就开始发送数据包，接收程序接收到完整的一个数据包之后, 按照协商的方式对数据包进行校验。校验通过之后发送确认字符，然后发送程序继续发送下一包；如果校验失败，则发送否认字

[单片机]

基于Xmodem的<font color='red'>STM32</font>的IAP升级【转】

STM32串口使用详解

一、关于串口需要了解的几个知识点： 1.波特率：在串行通讯中，数据是按位进行传送的，因此传送速率用每秒钟传送格式位的数目来表示，称为波特率。波特率决定了串口传输的速度，1波特=1bps（位/秒）。波特率为9600的话就是1s传输9600位的数据。串口的传输与网络等其他的传输有着相似之处，比如常用的wifi，区别在与这些网络的单位是k，只有串口是按位来计数的。 2.单工，半双工，全双工：单工：只能一个方向传输半双工：可以两个方向传输，但需要分时复用全双工：两个方向传输二、初始化函数串口的初始化包括以下几部分： 1.时钟初始化： RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Per

[单片机]

用FPGA搭建一个STM32内核？

1.必要的基础知识为了更快的完成在FPGA上实现ARM Cortex-M3软核，一些必要的基础知识还是要有的！ FPGA开发基础知识，如FPGA开发流程，设计、综合、布局、布线、约束、下载 Xilinx Vivado开发环境使用基础，如BlockDesign设计方式，管脚分配，Bit流文件生成与下载 ARM Cortex-M3内核的使用基础，如STM32、MM32、GD32、CH32等微控制器的开发。 Keil-MDK开发环境的使用基础，基本的工程建立、编译、下载流程。如果以上知识都具备，那么，恭喜你！可以在2小时内完成ARM Cortex-M3软核在FPGA上的实现。 2.Cortex-M3 FPGA IP核下载首先，

[单片机]