STM32的启动流程是从上电复位到进入用户main()函数的一系列关键初始化过程,它确保了硬件和软件环境正确建立。这个过程主要由硬件自动完成和启动文件(.s汇编文件)引导执行。
一、启动流程核心步骤
整个流程可以概括为以下几个关键阶段,它们紧密衔接,为C语言程序的运行铺平道路:
- 上电复位与启动模式选择 :芯片上电或复位后,硬件根据BOOT引脚的电平状态,决定将哪个物理存储器(如内部Flash、系统存储器或SRAM)映射到地址
0x0000 0000。 - 初始化栈指针(SP)和程序计数器(PC) :CPU从映射后的起始地址
0x0000 0000读取第一个字(4字节)作为主栈指针(MSP)的初始值,从0x0000 0004读取第二个字作为复位中断向量的入口地址,并赋值给PC指针,从而跳转到复位中断服务程序。 - 执行复位中断服务程序(Reset_Handler) :这是启动文件中的核心汇编函数。它首先设置系统时钟(通常通过调用
SystemInit()函数),然后初始化.data段(将已初始化的全局变量从Flash拷贝到RAM)和清零.bss段(未初始化的全局变量区)。 - 跳转到C语言世界 :复位服务程序最后会调用C库函数
__main。__main函数会完成用户堆栈的最终初始化,然后才调用我们编写的main()函数,至此启动过程结束,用户程序开始执行。
二、启动文件(.s文件)的关键作用
启动文件是上述流程的具体实现者,它用汇编语言编写,是上电后执行的第一段代码。其主要工作包括:
- 设置堆栈(Stack & Heap):定义栈(用于局部变量、函数调用)和堆(用于动态内存分配)的内存空间及大小。
- 建立中断向量表 :向量表是一个存储着各种中断服务程序入口地址的数组。第一个条目是栈顶地址,第二个条目就是
Reset_Handler的地址。 - 提供弱定义的中断服务程序 :为所有中断入口预先定义一个空的或死循环的弱符号函数(如
Default_Handler)。如果用户在C代码中定义了同名的中断处理函数,编译器会链接用户定义的强符号函数,从而实现中断的接管。 - 执行复位程序 :包含
Reset_Handler函数,完成系统时钟配置和运行环境初始化。
三、三种启动模式详解
STM32通过BOOT0和BOOT1引脚的电平组合选择三种启动模式,这决定了初始向量表被映射到的物理位置:
- 主闪存存储器启动 :最常用的模式。程序存储在内部Flash(地址
0x0800 0000),该区域被映射到0x0000 0000。通过JTAG/SWD下载的程序即运行于此。 - 系统存储器启动:从芯片内置的系统存储区(存储了厂家预置的Bootloader程序)启动。该模式常用于通过串口等接口进行程序烧录(ISP)。
- 片上SRAM启动 :将SRAM(地址
0x2000 0000)映射为启动区域。由于SRAM内容掉电丢失,此模式主要用于程序调试。
理解STM32的启动流程对于深入掌握单片机工作原理、进行底层调试、实现Bootloader(IAP)以及操作系统移植都至关重要。