这是一个嵌入式系统启动过程的核心问题。对于大多数简单的、没有使用操作系统的STM32应用来说,程序在Flash中可以直接运行,因此它的存储地址(在Flash中的位置)和运行地址(被CPU读取的位置)是相同的。
但这背后的原理更为重要。
1. 核心概念:哈佛架构与内存映射
STM32内核(如Cortex-M系列)采用了一种修改过的哈佛架构。这意味着:
- 程序指令(代码)和数据存放在不同的物理内存空间中。
- 但是,这些不同的物理内存(Flash, RAM, 外设等)都被映射到同一个统一的4GB线性地址空间中。这被称为内存映射。
在STM32的内存映射中(以Cortex-M4为例):
- Flash(用于存储代码和常量) 的起始地址通常是 0x0800 0000。
- RAM(用于存放变量) 的起始地址通常是 0x2000 0000。
2. 启动过程:为什么从0x0800 0000开始
当STM32芯片上电或复位后,内核会做的第一件事就是从中断向量表中读取前两个值:
- 第一个值(地址0x0800 0000) :是初始栈指针(MSP) 的值,它会被加载到SP寄存器。
- 第二个值(地址0x0800 0004) :是复位向量,也就是复位中断服务程序的地址。内核会跳转到这个地址开始执行程序。
关键点在于: 这个"复位向量"指向的地址,就是你的main函数或其他初始化代码的入口。这些代码本身就存储在Flash中。因此,CPU会继续从Flash(0x0800 0000及之后的地址)中读取指令并执行。
所以,对于存储在Flash中的代码来说:
- 存储地址:代码被烧录到Flash中,比如从0x0800 0000开始存放。
- 运行地址:CPU直接从0x0800 0000这个地址读取指令来执行。
因此,它们的起始地址是一样的。
3. 什么时候会不一样?(运行地址 ≠ 存储地址)
在某些高级或复杂的应用场景中,运行地址和存储地址就会不同。最常见的情况是:将代码从Flash拷贝到RAM中运行。
为什么要这么做?
- 追求极致速度:有些RAM(如STM32F4/F7/H7的CCM RAM或TCM RAM)的访问速度比Flash快得多,尤其是当CPU主频很高时。将关键的性能敏感代码(如算法循环、中断服务程序)搬到RAM中运行可以大幅提升执行速度。
- 固件升级:在运行IAP(在应用编程)功能时,新的固件程序可能先被下载到Flash的另一个位置(如0x0804 0000),然后在升级时,需要将这部分代码搬运到它的正常运行地址(如0x0800 0000)并跳转过去执行。
在这种情况下:
- 存储地址:代码被烧录在Flash的某个位置(例如 0x0804 0000)。
- 运行地址:代码在运行时,需要被搬运到RAM(例如 0x2000 0000)或Flash的另一个区域,然后CPU从新的地址(0x2000 0000)取指执行。
4. 链接器脚本的角色
无论是哪种情况,都需要一个链接器脚本(.ld文件)来告诉链接器:
- 不同内存区域(Flash, RAM)的起始地址和大小。
- 代码和数据的加载地址(存储地址)。
- 代码和数据的运行地址(虚拟地址)。
对于简单的"在Flash中运行"的情况,链接器脚本会将.text(代码)段的加载地址和运行地址都设置为Flash的地址(如0x08000000)。而对于需要"拷贝到RAM运行"的代码,链接器脚本会指定其加载地址在Flash,但运行地址在RAM。
总结
| 场景 | 存储地址(加载地址) | 运行地址(虚拟地址) | 原因 |
|---|---|---|---|
| 常见简单应用 | Flash (0x0800 0000) | Flash (0x0800 0000) | Flash支持就地执行(XIP),启动流程简单直接。 |
| 高性能优化 | Flash (0x0800 0000) | RAM (0x2000 0000) | RAM速度远快于Flash,用于加速关键代码。 |
| 固件升级(IAP) | Flash的备份区 (0x0804 0000) | Flash的主程序区 (0x0800 0000) | 新固件需要从下载区搬运到执行区才能运行。 |
所以,"STM32的存储起始地址和运行起始地址一样"是默认且最常见的情况 ,因为它最简单、最直接,完全利用了Flash的就地执行 特性。而当你有更高级的需求(如极致性能、OTA升级)时,才会让它们变得不同。