STM32启动流程全面解析：从上电复位到进入main函数

上电复位  
   ↓  
硬件复位初始化：复位寄存器值、外设恢复默认状态（如关闭外设时钟）  
   ↓  
BootROM层：
执行BootROM（厂商芯片流片时固化的一段代码，固化在芯片内部）  
   ├─→ 初始化基础时钟（如切换到HSI内部时钟）  
   ├─→ 初始化必要外设（如Flash控制器、调试串口）  
   ├─→ 检测启动模式（通过BOOT引脚或选项字节，启动Bootloader）  
   │     ├─→ 从内部Flash（0×08000000）启动：直接跳转至用户程序起始地址  
   │     └─→ 从系统存储器（System Memory）启动：执行厂商Bootloader（如STM32的USB DFU） 
   │     └─→ 从RAM启动（0x20000000） 
   ↓  
Bootloader层：
假设从内部Flash启动：加载用户Bootloader（若有）  
   ├─→ 从内部Flash/外部存储介质读取用户Bootloader到RAM或直接执行  
   ├─→ 执行Bootloader的启动代码（.s文件）  
   ├─→ 用户Bootloader执行：  
   │     ├─→ 高级时钟配置（如PLL倍频到主频）  
   │     ├─→ 外设深度初始化（如以太网、文件系统）  
   │     ├─→ 固件更新检测（OTA、USB/UART通信）  
   │     └─→ 跳转至应用程序复位向量（即main()的上级入口）  
   ↓  
Application层：
执行应用程序的启动代码（startup_xxx.s）  
   ├─→ 初始化C语言环境（如复制.data段、清零.bss段）  
   ├─→ 调用库初始化（如ARM的__main）  
   └─→ 最终跳转至main()函数
   ↓
main()函数

2 从 Boot ROM 到 Boot Loader

单片机如何从boot rom到boot loader的部分我的一篇博客已经讲过了：

STM32启动流程解析：从BootROM到BootLoader

3 启动文件

参考阅读：

stm32--启动文件(.s)与启动过程_stm32 .s-CSDN博客

STM32学习笔记(6): 启动代码(Startup Code)_怎么找stm32的运行代码-CSDN博客

3.1 启动文件到底是什么？

启动文件（通常是汇编文件，比如 STM32 的startup_stm32f103xe.s）是由芯片厂商提供、直接与硬件内核（如 Cortex-M3/M4）对接的底层代码，它的作用是：

定义中断向量表（包括复位向量）；
完成 CPU 上电后最基础的初始化（栈、堆、全局变量等）；
最终 "接力" 跳转到用户代码的main函数。

具体作用：

3.2 硬件自动执行（上电复位后）：

CPU从向量表的第一个条目（0x00000000）读取初始栈指针（MSP）
从向量表的第二个条目（0x00000004）读取复位向量（Reset_Handler的地址）
CPU跳转到Reset_Handler函数

3.3 启动文件的初始化工作

启动文件（如startup_stm32xxxx.s）是一段汇编代码，主要完成以下任务：

cpp 复制代码

startup_stm32xxxx.s 文件：
（下面的代码仅为演示，不代表实际代码）

; ...                        ; 定义初始堆栈大小
; ...
; ...                        ; 建立中断向量表
DCD     __initial_sp         ; 初始化中断向量表，第一个表项是栈顶地址
DCD     Reset_Handler        ; 初始化中断向量表，第二个表项是复位中断服务函数地址
DCD     NMIException         ; 初始化中断向量表
; ...                        ; 初始化中断向量表...

Reset_Handler  ; 复位中断服务函数（上电复位后执行）
    BL      SystemInit           ; 调用SystemInit函数（初始化系统时钟等）
    BL      __main               ; 调用__main函数（由编译器提供，负责初始化全局变量）
    BX      LR                   ; 跳转返回

初始化栈和堆：在 SRAM 中划分栈空间（用于函数调用、局部变量）和堆空间（用于malloc等动态内存分配）。
初始化中断向量表。
初始化全局变量：
- 将 Flash 中.rwdata段的 "初始化了特定值的变量" 复制到 SRAM 的.data段。
- 将 SRAM 中.bss段的 "未初始化或初始化为 0 的变量" 清零。
初始化系统外设：如配置系统时钟（SystemInit 函数，部分启动文件会调用）。
启动文件完成所有初始化后，通过汇编指令跳转到用户编写的main函数，此时才真正开始执行你写的第一行用户代码。

3.4 一图流总结

4 中断向量表

通过上文的Boot ROM与Boot Loader我们知道：Boot ROM会读取Boot引脚的电平配置来选择启动方式。

4.1 BOOT 配置：决定 "程序从哪里读"

单片机通过BOOT 引脚（如 STM32 的 BOOT0、BOOT1）配置程序的启动介质，这一步决定了 "中断向量表和代码存在哪里"：

BOOT0=0：从主 Flash启动（最常用，用户程序存放在这里）。
BOOT0=1，BOOT1=0：从系统存储器启动（用于出厂引导程序（厂家的bootloader）或 ISP 在线编程）。
BOOT0=1，BOOT1=1：从SRAM启动（多用于调试场景）。

4.2 向量表的 "唯一性" 与 "偏移"：

系统中只有一份 "逻辑上的 中断向量表 " ，但它的 "物理存储位置" 可以通过SCB->VTOR偏移到 Flash 或 SRAM。
也就是说，向量表的 "内容（各中断的服务函数地址）" 是固定的，但 "存储这张表的物理地址" 可以切换 ------ 这就是 "偏移" 的本质。

4.3 复位向量指向的复位服务函数

（如 Reset_Handler ）是唯一的，但它的 "存储地址" 会随向量表的偏移而变化：

场景 1：向量表在 Flash（ SCB->VTOR = 0x08000000 ），复位向量（0x08000004）指向的是Flash 中存储的 Reset_Handler 函数的地址。
场景 2：向量表在 SRAM （ SCB->VTOR = 0x20000000 ）此时需要先将Flash 中的向量表复制到 SRAM （包括Reset_Handler的地址），然后SCB->VTOR指向 SRAM 起始地址。复位向量（0x20000004）指向的是Flash 中存储的 Reset_Handler 函数的地址。（与 Flash 中原始地址一致，因为向量表是复制过来的）。

4.4 中断向量表里存的是什么？

中断向量表的每一个条目（比如第0条是初始栈指针MSP，第1条是复位向量），存储的并不是指令代码本身，而是一个地址值（32位指针）。

对于复位向量，这个地址值就是 Reset_Handler 函数在内存中的入口地址。

4.5 函数的地址（入口地址）是固定的吗？

在编译和链接阶段，链接器会根据链接脚本（Linker Script）为每一个函数分配一个固定的逻辑地址。假设 Reset_Handler 函数被链接器定位到了 Flash 区域的 0x08000C00 这个地址。

那么，无论中断向量表放在哪里（向量表偏移），Reset_Handler 这个函数的本体，其物理位置就在 Flash 的 0x08000C00 处，不会移动。而向量表中的复位向量就永远指向0x08000C00 这个地址。

4.6 中断向量表："程序入口" 的索引表

上文说过，中断向量表是一个地址列表，存储了复位向量、所有中断服务函数的入口地址。它位于启动介质的起始地址区域（如 Flash 的0x0800 0000处）。

它的结构（以 Cortex-M 内核为例）：

5 复位向量、Boot Loader 与启动文件详解

概要： Bootloader 和 APP 是两个工程，两个工程都有自己的启动文件。bootloader如果存在，就会先进bootloader的启动文件，然后到bootloader的 main ()函数，执行完bootloader的流程，然后跳转到APP的Reset_Handler，执行APP的启动文件，再进APP的main()函数。

5.1 STM32启动代码与Bootloader的关系

启动代码不是 Bootloader 的一部分，但Bootloader会包含自己的启动代码。

两者的区别：

|--------|---------------------|----------------|
| 特性 | 启动代码 (Startup Code) | Bootloader |
| 目的 | 芯片基础初始化 | 应用程序管理、固件更新 |
| 位置 | 任何STM32程序都有 | 可选的独立程序 |
| 功能 | 栈初始化、变量初始化、时钟配置 | 跳转判断、固件验证、烧录逻辑 |

关系： Bootloader 本身也是一个程序，它包含了自己的启动代码，用于初始化Bootloader运行所需的环境。Bootloader 和 APP 是两个工程。

5.2 用户自定义Bootloader的执行流程

典型的双程序区布局：

cpp 复制代码

Flash布局 (0x08000000)
├── Bootloader区 (0x08000000 - 0x08007FFF)
│   ├── Bootloader的向量表
│   ├── Bootloader的启动代码
│   └── Bootloader的主逻辑
└── 应用程序区 (0x08008000 - ...)
    ├── 应用程序的向量表（已偏移）
    ├── 应用程序的启动代码
    └── 应用程序的主逻辑

Bootloader的启动执行过程：

阶段1：硬件自动执行

cpp 复制代码

// 上电后硬件自动完成：
1. 从0x08000004读取复位向量 → Bootloader的Reset_Handler地址
2. 跳转到Bootloader的Reset_Handler

阶段2：Bootloader的启动代码执行

cpp 复制代码

// startup_bootloader.s (Bootloader的启动文件)
Reset_Handler:
    /* 初始化栈和变量 */
    bl SystemInit           // 时钟配置
    bl main_bootloader      // 进入Bootloader主逻辑

阶段3：Bootloader主逻辑

cpp 复制代码

// bootloader.c
int main_bootloader(void)
{
    /* 1. 硬件初始化 */
    init_uart();           // 串口通信
    init_flash();          // Flash驱动
    init_buttons();        // 按键检测
    
    /* 2. 检查是否需要进入升级模式 */
    if (check_update_condition()) {
        // 进入固件升级模式
        firmware_update_mode();
    }
    
    /* 3. 验证应用程序完整性 */
    if (validate_application()) {
        // 跳转到应用程序
        jump_to_application();
    } else {
        // 应用程序无效，停留在Bootloader
        stay_in_bootloader();
    }
}

5.3 关键技术：从Bootloader跳转到应用程序

跳转函数的实现：

cpp 复制代码

void jump_to_application(void)
{
    // 应用程序的起始地址（比如0x08008000）
    uint32_t app_address = 0x08008000;
    
    // 1. 获取应用程序的栈指针和复位向量
    uint32_t *app_vector_table = (uint32_t*)app_address;
    uint32_t app_sp = app_vector_table[0];    // 应用程序的栈指针
    uint32_t app_reset = app_vector_table[1]; // 应用程序的复位向量
    
    // 2. 重新初始化外设（避免Bootloader的影响）
    HAL_RCC_DeInit();
    HAL_DeInit();
    
    // 3. 关闭所有中断
    __disable_irq();
    
    // 4. 设置应用程序的向量表偏移
    SCB->VTOR = app_address;
    
    // 5. 设置应用程序的栈指针
    __set_MSP(app_sp);
    
    // 6. 跳转到应用程序的复位处理函数
    ((void (*)(void))app_reset)();
    
    // 不会执行到这里
}

5.4 应用程序的特殊配置

为了让应用程序能在偏移地址运行，需要进行特殊配置：

链接脚本修改 (.ld文件)：

cpp 复制代码

MEMORY
{
    FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08008000, LENGTH = 224K  /* 假设要将应用程序放在0x8008000 */
    RAM (xrw)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K
}

应用程序中设置向量表偏移并开启中断：

cpp 复制代码

// 在SystemInit或main函数开始处
SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x8000;  // 设置向量表偏移到0x08008000
__disable_irq();                  // 开启中断

需要注意

SCB->VTOR 的配置必须放在 HAL_Init() 之前（如代码中USER CODE BEGIN 1处）。因为HAL_Init()会初始化 SysTick 定时器，若此时向量表未重定向，会使用 Bootloader 的 SysTick 中断服务函数，导致异常。
Bootloader 跳转前可能会部分外设（如 RTC），APP 若需使用这些外设，需在MX_XXX_Init()后重新启用（如__HAL_RCC_RTC_ENABLE()）。

5.5 完整的启动序列

cpp 复制代码

上电复位
    ↓
硬件自动从0x08000004读取向量 → Bootloader的Reset_Handler
    ↓
执行Bootloader启动代码
    ↓
执行Bootloader主逻辑
    ↓
判断是否需要更新固件
    ↓
验证应用程序完整性
    ↓
跳转到应用程序的Reset_Handler (0x08008004)
    ↓
执行应用程序启动代码
    ↓
执行应用程序main函数

5.6 总结：

启动代码是基础：每个STM32程序（包括Bootloader）都有自己的启动代码
Bootloader 是特殊程序：它运行在Flash起始位置，负责管理应用程序
跳转机制关键：通过修改VTOR寄存器实现从Bootloader到应用程序的平滑切换
应用程序需要适配：应用程序的链接地址和向量表都需要相应偏移

这种设计使得STM32可以实现IAP（在应用编程），支持固件远程升级等功能。