个人学习的笔记，希望帮助的和我一样阅读Cortex-M3权威指南Cn遇到困难的人。
Cortex-M3重启流程------笔记
在cortex m3 中，启动与重映
在Cortex-M3中，启动 与重映射是一套紧密配合的机制，它决定了处理器上电复位后第一条指令从哪里获取，以及系统如何看待内存的布局。
第一部分：启动
首先Cortex-M3内核定义了一个固定的硬件启动流程，所有基于该内核的芯片都必须遵守。
核心启动流程处理器释放复位后，硬件自动执行以下操作，无需任何软件指令：
- 读取初始主堆栈指针（MSP） ：
- 从地址
0x0000 0000读取第一个32位值。 - 将这个值加载到 主堆栈指针（MSP，R13） 寄存器中。这是系统在特权模式下使用的堆栈，为即将开始的C代码和异常处理提供栈空间。
- 从地址
- 读取复位向量 ：
- 从地址
0x0000 0004读取第二个32位值。 - 这个值就是复位向量 ，即
Reset_Handler函数的入口地址。 - 硬件将这个地址加载到程序计数器（PC，R15） 寄存器中。
- 从地址
- 开始执行 ：
- 处理器跳转到PC指向的地址，正式开始执行
Reset_Handler函数内的代码。
这个位于0x00000000的数据结构被称为 "向量表" 。它不仅仅包含MSP和复位向量，后续地址还依次排列着所有异常（如NMI、硬错误）和中断（IRQ）的处理函数入口地址。
关键概念：向量表
向量表是连接硬件异常与软件处理程序的桥梁。其前几个条目是固定的：
- 处理器跳转到PC指向的地址，正式开始执行
| 地址 | 内容 | 备注 |
|---|---|---|
0x0000 0000 |
初始MSP值 | 主堆栈的起始地址 |
0x0000 0004 |
复位向量 | Reset_Handler 的地址 |
0x0000 0008 |
NMI处理函数地址 | |
0x0000 000C |
硬错误处理函数地址 | |
0x0000 0010 |
内存管理错误处理函数地址 | |
| ... | ... | 后续为其他异常和中断向量 |
这一切的前提是 ：硬件从 0x00000000 开始取数据。那么，这个地址到底对应芯片里的哪块物理存储器呢？这就是重映射要解决的问题。 |
第二部分：重映射
重映射是指在不改变CPU指令的情况下，通过硬件配置，将CPU对某段逻辑地址的访问，定向到不同的物理存储器上 。对于启动来说，最关键的就是重映射 0x00000000 开始的这块地址。
在Cortex-M3中，重映射主要通过两种方式实现，它们作用在不同的层级。
一：芯片级静态重映射（通过BOOT引脚）
这是由芯片制造商（如ST、NXP）实现的硬件特性。以STM32F1系列为例，它通过BOOT0和BOOT1引脚的电平，在复位时选择将哪一块物理存储器 映射到0x00000000这个逻辑起始地址。
c
// 示例：STM32F103的启动模式选择
// BOOT1=0, BOOT0=0: 从主Flash启动 (用户程序)
// -> 物理Flash (0x08000000) 被映射到 0x00000000
// 硬件访问0x00000000，实际读取的是0x08000000的内容。
// BOOT1=0, BOOT0=1: 从系统存储器启动 (内置Bootloader)
// -> 系统Bootloader ROM (0x1FFF0000) 被映射到 0x00000000
// 用于通过串口/USB下载程序。
// BOOT1=1, BOOT0=1: 从内置SRAM启动
// -> SRAM (0x20000000) 被映射到 0x00000000
// 用于调试或运行临时性代码。这个过程发生在CPU执行第一条指令之前，由芯片内部的硬件总线矩阵完成。它是一种静态的、由硬件引脚决定的"一次性"映射。
二：内核级动态重映射（通过VTOR寄存器）
这是Cortex-M3内核提供的软件可配置 的重映射功能，更加灵活。它通过一个名为 VTOR（向量表偏移寄存器） 的系统控制寄存器来实现。
- VTOR地址 ：
0xE000ED08（属于内核的SCB区域） - 功能 ： VTOR的值定义了向量表的新基地址 。重置后，它的值通常是
0x00000000。
工作原理 ：
当VTOR被设置为一个新地址（如0x08010000）后，内核硬件会自动进行以下计算： 异常向量地址 = VTOR + 异常编号 × 4
例如，当发生中断10时： - 旧方式（VTOR=0）：硬件去
0x00000028(0 + 40) 取向量。 - 新方式（VTOR=0x08010000）：硬件去
0x08010028(0x08010000 + 40) 取向量。
这是真正的"重映射"：你通过修改VTOR，告诉CPU："请到新的地址去寻找向量表"。CPU之后所有对异常向量的查找，都会基于这个新基址。
第三部分：启动与重映射的配合流程
一个典型系统的完整启动旅程是这样的，我们以从主Flash启动 并运行一个包含Bootloader 和应用程序的系统为例：
- 第一阶段：芯片硬件映射
- 系统上电，
BOOT引脚设置为从主Flash启动。 - 芯片内部总线将物理地址
0x08000000（Flash起始）硬件映射 到逻辑地址0x00000000。
- 系统上电，
- 第二阶段：内核固定读取
- Cortex-M3内核从
0x00000000读取MSP，从0x00000004读取PC。 - 由于硬件映射，它实际读取的是
0x08000000和0x08000004的内容。 - 内核跳转到
Reset_Handler（假设是Bootloader的入口）。
- Cortex-M3内核从
- 第三阶段：Bootloader运行与重映射
- Bootloader开始执行。它可能检查是否有新固件，或直接跳转到应用程序。
- 在跳转前，Bootloader会计算应用程序向量表的地址 （例如，应用程序存放在Flash的
0x08010000处）。 - Bootloader将VTOR寄存器的值设置为
0x08010000。这个操作瞬间完成了内核级的重映射。 - 然后，Bootloader使用一个"跳转到应用程序"的技巧：它模拟一次异常返回，将应用程序的MSP（从新的向量表
0x08010000处读取）和复位向量（从0x08010004处读取）加载，从而无缝地将控制权、堆栈和向量表全部移交给应用程序。
- 第四阶段：应用程序运行
- 应用程序的代码开始运行。
- 此后发生的任何中断，CPU都会根据新的VTOR（指向应用程序的向量表）去寻找正确的中断服务程序。
注意：
- Bootloader设计：这是重映射最经典的应用。Bootloader和应用程序可以有各自独立、位置不同的向量表，通过VTOR切换实现干净利落的跳转。
- 固件升级 ：新固件可以下载到Flash的另一区域（如
0x08020000），升级时只需让Bootloader将VTOR指向新地址即可，实现"无感"切换。 - 在RAM中调试 ：将程序加载到RAM（
0x20000000），并将VTOR指向RAM，可以极快地下载和调试代码，无需擦写Flash。 - 高级操作系统 ：RTOS在进行上下文切换时，可能会为不同任务设置不同的堆栈。通过临时修改MSP和VTOR（如果需要），可以实现更复杂的任务隔离。
总结：
- 芯片级静态重映射（BOOT引脚）解决了"从哪里开始"的问题，提供了固件恢复和下载的物理手段。
- 内核级动态重映射（VTOR寄存器）解决了"如何灵活切换"的问题，为现代嵌入式软件（尤其是Bootloader和RTOS）提供了至关重要的灵活性。
在芯片级静态重映射时可以通过BOOT0和BOOT1引脚配置三种不同的启动方式，接下来我们将逐一讲解他们的在cortex m3中的流程
在讲解流程前，先明确三位"主角"：
- 主堆栈指针 ：MSP (Main Stack Pointer) ，即
R13寄存器在特权模式下的主要形态。它指向主堆栈的栈顶，用于操作系统内核、异常及中断处理。 - 程序计数器 ：PC (Program Counter) ，即
R15寄存器。它存储着下一条要执行的指令的地址，是控制程序流程的绝对核心。 - 向量表偏移寄存器 ：VTOR (Vector Table Offset Register) ，一个位于系统控制块（
SCB）中的内存映射寄存器（地址0xE000ED08）。它存储着向量表的基地址，是动态重映射的指挥棒。
主Flash启动（应用程序标准模式）
这是芯片出厂后运行用户程序的正常模式。
- 复位瞬间（硬件映射） ：
- 操作 ：芯片的引脚配置电路 和总线矩阵 根据
BOOT0=0的电平，建立一条物理连接：将 CPU 对逻辑地址0x00000000的访问，重定向 到物理 Flash 的起始地址0x08000000。 - 作用 ：这是一个地址转换开关。它欺骗了CPU ，让CPU以为向量表在0地址，但实际上访问的是Flash。此阶段没有修改任何CPU寄存器，只是改变了内存访问的路径。
- 操作 ：芯片的引脚配置电路 和总线矩阵 根据
- 内核启动序列（硬件自动加载SP和PC）
- 操作 ：
a. CPU内核从0x00000000读取4字节 -> 由于硬件映射，实际从0x08000000读取 -> 将该值直接装入MSP (R13) 。
b. CPU内核从0x00000004读取4字节 -> 由于硬件映射，实际从0x08000004读取 -> 将该值直接装入PC (R15)。 - 作用 ：
- 设置MSP ：为后续C语言函数调用（需要栈帧）和即将到来的任何异常（异常处理第一件事就是压栈）提供了合法的堆栈空间。没有这一步，系统无法运行任何高级代码或响应中断。
- 设置PC ：强制CPU跳转到用户程序的
Reset_Handler函数。这是软件世界开始的唯一入口。
- 操作 ：
- 软件初始化与重映射（可选，由软件操作） ：
- 操作 ：在
Reset_Handler或后续初始化代码中，通过LDR和STR指令，将一个新的基地址 （如0x08020000）写入VTOR寄存器 （0xE000ED08）。 - 作用 ：写入VTOR后，CPU内部用于计算异常向量的基址指针 发生了改变。此后，当发生中断#n时，硬件不再去
0x00000000 + n*4找向量，而是去VTOR + n*4找。这使得Bootloader（在0x08000000）和应用程序（在0x08020000）可以拥有各自独立的向量表，实现干净切换。
- 操作 ：在
补充：
- CPU硬件动作 ：复位后，CPU固定地 去逻辑地址
0x00000004（通过BOOT映射，实际为物理地址0x08000004）读取一个32位数。 - 读取到指针 ：它从
0x08000004读到的不是指令 ，而是一个数据，比如0x080000C1。这个数据就是"指针"。 - 跳转 ：CPU将这个读取到的值（
0x080000C1）加载到程序计数器，然后跳转到那个地址 （0x080000C1）去执行。 - 执行函数 ：地址
0x080000C1才是Reset_Handler函数第一条指令的实际位置，CPU从这里开始执行该函数的代码。
系统存储器启动（内置Bootloader模式）
此模式用于通过串口等接口烧录用户程序。
- 复位瞬间（硬件映射） ：
- 操作 ：
BOOT0=1触发总线矩阵，将CPU对0x00000000的访问，重定向到芯片内部只读的系统存储器 （地址如0x1FFF0000），这里固化着厂商提供的Bootloader代码。 - 作用：让CPU的"第一眼"看到的是厂商Bootloader，而不是用户可能已经损坏的Flash程序。
- 操作 ：
- 内核启动序列（硬件自动加载SP和PC） ：
- 操作 ：与上述过程完全一致，但数据来源变成了系统存储器的
0x1FFF0000和0x1FFF0004。 - 作用 ：MSP被设置为Bootloader所需的栈顶；PC跳转到Bootloader的
Reset_Handler，开始执行烧录逻辑。
- 操作 ：与上述过程完全一致，但数据来源变成了系统存储器的
- 内置Bootloader的工作与切换 ：
- 操作 ：Bootloader运行，通过串口接收新程序数据，并写入用户Flash区域（如
0x08000000）。完成后，它需要将控制权交给新程序。 - 关键切换操作 ：Bootloader不会 去写VTOR（因为新程序在0地址）。它需要模拟一次"新的启动"：
a. 读取用户程序的栈指针 ：从0x08000000读取一个字，这个值就是新程序的初始MSP。
b. 读取用户程序的入口地址 ：从0x08000004读取一个字，这就是新程序的Reset_Handler地址。
c. 执行跳转 ：通常使用一条BX指令，或者更常见的是，将入口地址加载到某个寄存器（如R0），然后使用MSR设置MSP，最后BX R0。此操作直接修改了MSP和PC。 - 作用 ：通过软件手动重复了内核的启动加载序列，实现了从Bootloader到用户程序的上下文切换 。此时，向量表自然地位于
0x08000000（即VTOR默认值0所指向的位置）。
- 操作 ：Bootloader运行，通过串口接收新程序数据，并写入用户Flash区域（如
嵌入式SRAM启动（调试模式）
此模式用于在RAM中快速调试代码，无需编程Flash。
- 复位瞬间（硬件映射） ：
- 操作 ：
BOOT0=1, BOOT1=1触发总线矩阵，将CPU对0x00000000的访问，重定向到内部 SRAM的起始地址0x20000000。 - 作用：让CPU从SRAM启动。但此时SRAM是随机或无意义的数据。
- 操作 ：
- 内核启动序列（硬件自动加载SP和PC）------ 但依赖调试器 ：
- 前提操作 ：在CPU复位后 、执行前 ，调试器（通过SWD/JTAG接口） 必须将编译好的程序（其链接地址被设定在SRAM空间，如
0x20000000）下载到SRAM中 。这包括在0x20000000处放置正确的初始MSP值，在0x20000004处放置Reset_Handler地址。 - 操作 ：CPU随后执行标准加载：从
0x20000000加载MSP，从0x20000004加载PC。 - 作用 ：MSP被设置为SRAM中预置的栈顶；PC跳转到也已存放在SRAM中的
Reset_Handler代码。整个过程完全在RAM中进行，速度极快。
- 前提操作 ：在CPU复位后 、执行前 ，调试器（通过SWD/JTAG接口） 必须将编译好的程序（其链接地址被设定在SRAM空间，如
- 软件运行 ：
- 操作：程序在SRAM中正常运行。VTOR通常保持为0，因为向量表（在SRAM中）已经被映射到了0地址。
- 作用 ：所有代码执行、变量存取、中断响应都发生在SRAM中，实现了零等待、可反复瞬时下载的调试体验。
从这些方法我们可以看出Cortex-M3所有启动方法，本质上是硬件为软件搭建舞台并强行移交控制权的一个确定、不可更改的三层递进过程。无论从哪种存储器启动，其核心都遵循以下通用逻辑：
第一阶段：物理映射层 ------ 决定"数据之源"
在CPU内核行动之前，由芯片厂商的硬件 （通过BOOT引脚配置）完成。此阶段的核心操作是地址重定向 ：芯片内部的存储器控制器将CPU内核要访问的逻辑起始地址 0x00000000，静态地关联到某一块物理存储器的基地址 （如主Flash的0x08000000、系统ROM的0x1FFF0000或SRAM的0x20000000）。
作用：此操作在物理层面决定了CPU"第一眼"看到的数据来自何处，但它不改变CPU内部的任何寄存器，只是为后续的读取铺设了一条固定的数据通路。这是启动模式差异性的唯一来源。
第二阶段：内核强制加载层 ------ 建立"运行基石"
CPU释放复位后，Cortex-M3内核硬件严格按照架构定义，自动执行以下不可打断的序列：
- 加载主堆栈指针 ：从地址
0x00000000读取4字节数据，直接写入MSP寄存器。由于第一阶段的重定向，此数据实际来自被映射的物理存储器。 - 加载程序计数器 ：从地址
0x00000004读取4字节数据，直接写入PC寄存器 。同样，该数据实际来自映射的物理存储器。
作用 ：这两个强制加载动作是系统启动的绝对核心。MSP的建立 为即将执行的C代码和任何可能立即发生的异常提供了至关重要的栈内存空间，这是函数调用和局部变量得以存在的基础。PC的加载 则粗暴地夺过了程序执行流，将其跳转到预设的入口函数（Reset_Handler），从而将控制权从硬件逻辑移交给软件指令。此阶段过后，系统已具备运行高级代码的基本条件。
第三阶段：软件初始化与重定向层 ------ 实现"动态扩展"
控制权移交至 Reset_Handler 后，开发者软件开始主导。此阶段的首要操作通常是初始化系统时钟、内存等。而其最核心的灵活性体现在：
- 重定向向量表 ：通过向VTOR寄存器 写入一个新的基地址，软件可以动态地将整个异常向量表重定位到内存中的任何位置。
作用 ：VTOR操作改变了CPU内核内部用于查找异常处理程序的基准指针。这实现了运行时层面上的"重映射"，使得Bootloader与应用程序、不同任务或固件版本可以拥有各自独立的异常管理系统。这是构建复杂、可升级嵌入式系统的关键，它赋予了软件在硬件设定的固定起点之上，定义未来运行时规则的强大能力。
总结： Cortex-M3的共同启动流程可精炼为："硬件固定映射源头 → 内核强制加载栈与入口 → 软件自由重定规则"。
在cortex m3中，复位信号
在Cortex-M3系统中，复位是让整个芯片从确定状态重新开始的根本机制。主要分为由芯片厂商实现的物理复位源 和由ARM内核定义与响应的复位类型。
主要的复位信号及其作用
根据Cortex-M3技术参考手册，从内核视角看，复位主要分为三类，它们的作用域和严格程度不同。
上电复位
- 信号/源头 ：通常由芯片的电源管理电路 或外部复位引脚 （如
nRST）产生。这是最彻底、最根本的复位。 - 作用 ：将芯片所有数字逻辑和模拟电路（如PLL、稳压器）恢复到确定的初始状态。它发生在芯片刚通电或电源电压跌落到安全阈值以下时。
- 硬件影响 ：所有寄存器、存储单元、状态机都被清零或置为初始值。
系统复位 - 信号/源头 ：
- 外部复位引脚 （
nRST）。 - 看门狗定时器超时（独立看门狗或窗口看门狗）。
- 电源检测（如欠压复位BOR）。
- 软件请求 （通过置位
AIRCR.SYSRESETREQ寄存器位）。
- 外部复位引脚 （
- 作用 ：复位处理器内核 和几乎所有的片上外设 （除了一些特定的"备份域"外设，如RTC、备份寄存器）。它不 影响处理器的调试逻辑，使得调试器在系统复位后仍能保持连接和控制。
- 硬件影响 ：MSP、PC、通用寄存器、系统控制寄存器（SCB）以及所有外设寄存器（除备份域）被重置。
处理器内核复位 - 信号/源头 ：通常由调试系统（通过JTAG/SWD接口）发起，例如在调试器中点击"CPU Reset"。
- 作用 ：仅复位Cortex-M3处理器内核 （包括寄存器、流水线、内部状态机），而完全不触动 芯片上的存储器系统 和外设。
- 硬件影响 ：PC、MSP、通用寄存器、内核状态寄存器（如CONTROL, PRIMASK）被重置，但SRAM中的数据、Flash内容、外设的配置和状态全部保持原样 。这是调试时非常有用的功能，可以只让CPU重新开始执行，而不破坏当前的程序运行环境。
三者关系总结 ：上电复位 ⊃ 系统复位 ⊃ 处理器内核复位。上电复位范围最广，处理器内核复位范围最窄、最精确。
硬件上的详细操作流程（以系统复位为例）
下面描述一次典型的系统复位（如按下外部复位按钮）在硬件层面引发的连锁反应。
阶段一：复位信号的产生与传播（由芯片物理逻辑完成）
- 触发 ：用户按下复位按钮，导致
nRST引脚被拉低。 - 同步与消抖 ：芯片内部的复位发生电路检测到这个低电平。该电路通常会进行消抖 （过滤毛刺）和时钟同步（将异步的复位信号同步到芯片的主时钟域），防止亚稳态。
- 广播 ：经过处理的复位有效信号成为一个全局的
SYSRESETn信号，被同时广播 到芯片的各个模块：- Cortex-M3 处理器内核
- 所有数字外设（GPIO, UART, TIM等）
- 存储器控制器（Flash, SRAM接口）
- 总线矩阵 （AHB, APB）
阶段二：处理器内核的响应（Cortex-M3内核的固定行为）
当SYSRESETn信号有效（低电平）时，内核立即停止当前所有操作，进入复位状态。
- 冻结执行 ：
- 立即终止正在流水线中执行的指令。
- 清空整个指令流水线。
- 停止预取指单元和所有总线活动。
- 重置内部状态 ：
- 将所有内部状态机（如中断序列器、总线接口状态机）强制复位到初始状态。
- 清除写缓冲中所有未完成的数据。
- （如果存在）将MPU 、NVIC等单元恢复到禁用或默认状态。
- 将调试组件置于非侵入状态（允许调试器连接）。
- 初始化关键寄存器 ：
- 程序计数器被置为一个未定义值（硬件内部状态）。
- 堆栈指针 、通用寄存器 等未被初始化，保持随机值，直到下一阶段被软件加载。
阶段三：复位信号的释放与系统重启
当外部复位按钮被释放，nRST引脚变高后，芯片开始启动。
- 同步释放：芯片内部的复位发生电路同样将释放信号同步到主时钟，确保所有模块在同一时钟边沿脱离复位状态。
- 等待时钟稳定：如果复位释放与系统主时钟（如外部晶振）的启动同时发生，硬件会等待时钟稳定（通常经过若干振荡周期），确保逻辑在可靠的时钟下启动。
- 内核启动序列 ：这是Cortex-M3内核强制性、不可更改 的硬件操作：
- 第一步 ：内核从地址
0x00000000读取第一个字 （4字节），并将其作为初始主堆栈指针 值加载到 MSP (R13) 寄存器中。此时，该地址的实际物理位置由芯片的BOOT引脚配置决定（映射到主Flash、系统存储器或SRAM）。 - 第二步 ：内核从地址
0x00000004读取第二个字 ，这个值就是复位向量 ------Reset_Handler函数的入口地址。内核将这个地址加载到 PC (R15) 寄存器中。
- 第一步 ：内核从地址
- 外设与存储器的启动：与此同时，总线矩阵、存储器控制器和各外设在脱离复位后，也进行各自的默认初始化。Flash控制器可能进入读取状态，SRAM变得可访问，所有外设寄存器恢复为复位默认值（通常为0x00000000）。
- 软件接管 ：PC跳转到
Reset_Handler，软件的第一条指令开始执行 。软件随后会：- 初始化系统时钟。
- 将
.data段从Flash复制到SRAM（变量初始化）。 - 将
.bss段清零（未初始化全局变量清零）。 - 设置向量表偏移寄存器（VTOR）。
- 最终调用
main()函数，应用程序正式开始运行。
以下是Cortex-M3权威指南Cn原文：
基于CM3的单片机对复位电路有特定的要求，具体内容在《Cortex‐M3 Technical Reference Manual(Ref1)》中给出，它列出了若干个可以使用的复位信号。不过，实现成单片机后，往往只用到了1至2个。至余其它的，芯片厂商会在芯片中布设复位信号发生器，由它在内部产生剩余的复位信号。细节需要参考制造商提供的数据手册，以获取如何正确复位其芯片的信息。
在cortex m3 中，VTOR的重映射与BOOT引脚的重映射
可以用一个精准的比喻来定位：
- BOOT引脚重映射 ，解决的是 "物理位置" 问题。即：CPU的引脚发出的电信号，最终到达哪一块物理芯片的引脚。
- VTOR重映射 ，解决的是 "逻辑寻址" 问题。即：CPU内部执行指令时，用于计算地址的那个基准数值是什么。
下面从四个核心维度进行剖析：
1. 操作主体与控制层级
- BOOT引脚重映射 ：这是芯片制造商 （如ST、NXP）在其硅片设计中实现的物理电路功能 。它位于处理器内核之外，属于"芯片级"或"板级"硬件。用户通过设置引脚电平来"触发"这个预设功能，但无法改变其电路逻辑。
- VTOR重映射 ：这是处理器架构 （ARM Cortex-M3）定义并提供的一个软件可编程寄存器 。它位于处理器内核之内 ，属于"内核架构级"特性。开发者通过编写
SCB->VTOR = xxxx这样的指令来"命令"内核改变其内部行为。
2. 作用时机与可变性 - BOOT引脚重映射 ：其作用发生在芯片上电或硬复位过程中 ，在CPU内核开始取指之前 就已经完成。一旦复位结束，在整个芯片运行周期内，这个映射关系固定不变，除非再次发生硬件复位并改变引脚电平。
- VTOR重映射 ：其作用发生在CPU已经开始执行软件指令之后 。你可以在系统启动时、运行中、甚至中断服务程序里随时修改它。修改后，其效果立即生效 ，且可以被再次修改 。
3. 作用范围与影响对象 - BOOT引脚重映射 ：它影响CPU对整个逻辑地址空间最开头一段区域 （通常是整个代码区或SRAM区）的所有访问请求，无论这个请求是取指令、读数据还是写数据。它像一个透明的地址过滤器，全局生效。
- VTOR重映射 ：它只且仅 影响CPU内核中异常处理单元 在进行"查找异常处理函数地址"这一特定操作时所使用的基地址 。它对普通的
LDR、STR等数据访问指令毫无影响 。
4. 根本目的与设计哲学 - BOOT引脚重映射 ：其根本目的是提供硬件级的启动容错和模式选择 。它让一块物理芯片能灵活应对不同场景：正常模式（从用户Flash启动）、救援模式（从内置Bootloader启动）、调试模式（从SRAM启动）。这是芯片厂商提供给用户的硬件工具箱。
- VTOR重映射 ：其根本目的是实现软件层的模块化解耦与动态调度 。它让不同的软件模块（如Bootloader和App）能拥有各自完全独立、互不干扰的中断管理系统，并能实现运行时的无缝切换。这是处理器架构赋予软件的系统控制权。
核心关联：它们如何协同工作
理解它们并非竞争关系，而是接力关系，至关重要。以最常见的"从Flash启动并运行Bootloader+App"为例：
- 复位瞬间 ：
BOOT0=0的硬件电路，将CPU对"0地址"的访问物理连接 到Flash芯片（0x08000000）。这是硬件确保了起点正确。 - 内核启动 ：CPU以默认
VTOR=0去取向量，由于步骤1，实际从Flash取得正确值并跳转。硬件映射引导了软件的初次执行。 - 软件初始化 ：Bootloader代码执行
SCB->VTOR = 0x08000000。这标志着软件开始接管，并宣布："从此以这个真实物理地址为基准，不再依赖那个硬件把戏。" 这是软件建立确定性的第一步。 - 软件跳转 ：Bootloader在跳转到App前，执行
SCB->VTOR = 0x08002000。这完成了纯软件层面的、精细的控制权移交。此时，BOOT引脚的映射早已完成其历史使命，不再参与。
在cortex m3 中，复位与启动与重映
在cortex m3 中复位也算是一种特殊的中断(异常)(复位的异常编号 1 )。内核启动的硬件行为，本质上就是对第一个、也是最高优先级异常的响应流程。
Cortex-M3的异常处理模型是统一的：发生异常 -> 硬件自动根据异常编号查找向量表 -> 跳转到处理函数。复位完全遵循此模型，但其特殊性在于：
- 触发条件与上下文不同 ：
- 普通异常：发生在CPU运行时 ，硬件会自动压栈当前上下文（PC， PSR， 寄存器等），再跳转。
- 复位异常：发生在CPU上电或复位 时，没有需要保存的上下文（系统无状态）。硬件响应后，不压栈，直接跳转。
- 向量表条目固定 ：在向量表中，第一个条目（偏移0x0）是MSP初值 ，第二个条目（偏移0x4）就是复位异常（异常1）的处理函数地址 ，即
Reset_Handler。这与其他异常（如中断号0对应偏移0x40）的定位方式完全相同：异常入口地址 = 向量表基地址 + 异常编号 × 4。 - 使用相同的硬件路径：无论是复位、中断还是系统调用，CPU跳转到处理函数的硬件逻辑是同一套。复位只是这个通用机制的"首次调用"。
在启动与重映射流程中的具体体现
整个启动与重映射过程，就是这套异常处理机制从"固定"到"可配置"的展现。
第一阶段：硬件强制执行的"初始异常响应"
这是复位异常最"特殊"的地方，因为它发生时，系统没有任何配置。
- 默认的向量表基地址 ：内核硬件固定假设 当前向量表基地址 VTOR = 0x00000000 。这是复位异常响应的起点。
- 芯片级物理映射（决定"0地址"是谁） ：
BOOT引脚配置的硬件重映射，决定了物理上哪个存储器（主Flash、系统ROM、SRAM）占据了这个逻辑0地址 。这相当于在硬件层面，为"零状态"的CPU预选了第一张异常向量表位于哪块物理介质上。 - 执行固定响应序列 ：CPU像响应任何异常一样，去获取处理入口：
- 加载MSP ：从
VTOR + 0x0(即0x00000000) 读取值(硬件访问0x00000000，实际读取的是0x08000000的内容)，装入MSP。这本身就是从向量表读取数据，为后续任何异常（包括复位处理函数自身的C代码）提供栈空间。 - 加载PC ：从
VTOR + 1 × 4(即0x00000004) 读取值(硬件访问0x00000004，实际读取的是0x08000004的内容)，装入PC。这正是读取"复位异常（编号1）的入口地址"。 - 此后，CPU开始执行
Reset_Handler，就像进入任何一个异常处理函数一样。
这个阶段的核心体现是 ：硬件用固定默认的VTOR（0） 和固定的异常编号（1） ，执行了一次无法被中断或抢占 的、最优先的异常响应，从而将系统从"无机"状态带入"有序"的软件世界。
第二阶段：软件重映射（接管异常系统的控制权）
当Reset_Handler开始运行后，软件就获得了重新配置整个异常系统的能力，这正是通过操作异常处理机制的核心------向量表偏移寄存器VTOR来实现的。
- 加载MSP ：从
- 重定位向量表 ：在
Reset_Handler中，软件可以将VTOR的值修改为新的基地址（如0x08020000）。这个操作一旦完成，就重映射了整个异常系统 。- 意义 ：此后，所有异常 （包括复位、NMI、硬错误以及所有外设中断）的入口地址计算，都将基于新的基址。例如，此时如果发生中断#42，硬件将自动前往
0x08030000 + 0xA8(42*4=0xA8) 处读取处理函数地址。
- 意义 ：此后，所有异常 （包括复位、NMI、硬错误以及所有外设中断）的入口地址计算，都将基于新的基址。例如，此时如果发生中断#42，硬件将自动前往
- 在Bootloader/应用切换中的应用 ：
- Bootloader运行在
0x08000000，其VTOR指向自身。 - 当Bootloader准备跳转到位于
0x08020000的应用程序时，它做两件核心事：- 设置VTOR ：将VTOR改为
0x08020000，将异常系统指挥权交给应用程序。 - 跳转到应用复位向量 ：直接读取应用程序向量表的第二个字（
0x08020004），并跳转过去。这本质上是一次"手动触发"的、指向新复位异常处理函数的跳转 。
这个阶段的核心体现是 ：复位作为异常，其处理函数（Reset_Handler）自身具备重新配置整个异常系统（包括它自己）的能力。通过修改VTOR，系统实现了从一套异常处理方案到另一套的平滑切换。
- 设置VTOR ：将VTOR改为
- Bootloader运行在
所以复位与重映射的整个过程，就是 "复位异常"的响应，从一个由硬件引脚决定的、固定的物理路径开始，逐步将控制权移交到可由软件动态配置和重定位的、统一的内存地址空间的过程。
总结
| 阶段 | 行为 | 在统一异常模型中的解读 |
|---|---|---|
| 硬件启动 | CPU从固定地址0x0和0x4加载MSP和PC | 这是CPU对"复位异常（编号1）"的固定响应流程。它使用默认VTOR=0，执行了最高优先级的异常响应。 |
| 物理重映射 | BOOT引脚选择哪块物理存储器响应0地址的访问 | 这是在硬件层面，为"零状态"CPU的默认向量表（VTOR=0）选择物理载体。 |
| 软件重映射 | 在代码中修改VTOR寄存器的值 | 这是在软件层面，动态修改整个异常系统（所有异常，包括复位）的查找基址 。复位异常的处理函数 Reset_Handler 拥有这项特权。 |
| Bootloader跳转 | 加载应用栈指针，跳转到应用入口 | 这是手动执行一次"应用复位异常响应"：从新VTOR指向的向量表中，加载新MSP并跳转到新的复位处理函数。 |
注意：复位异常 不等于 Reset_Handler，而是： 复位异常 → （硬件自动）→ 查向量表 → （获取地址）→ 跳转执行 Reset_Handler
以下是Cortex-M3从上电复位到开始执行Reset_Handler函数的完整、详细的硬件与软件流程：
第一阶段：复位触发与硬件初始化
- 复位事件发生 ：系统上电，或外部复位引脚（
nRST）被拉低，或看门狗超时等事件产生一个全局复位信号。 - 信号同步与广播 ：芯片内部的复位生成电路对该异步信号进行消抖和同步处理，然后将其作为一个名为
SYSRESETn的低有效信号，同时广播至芯片所有相关模块：Cortex-M3处理器内核、所有外设、存储器控制器和总线矩阵。 - 模块状态冻结与重置 ：
- CPU内核：立即停止执行，清空流水线，终止所有进行中的总线访问，并将内部所有状态机重置为初始状态。
- 外设与存储器：所有可配置外设的寄存器被重置为芯片手册定义的默认值（通常为0）。SRAM内容通常得以保持（除非掉电），但对其的访问被暂停。Flash存储器接口进入就绪状态。
- 复位信号释放 ：当外部复位条件解除（如按钮释放），
SYSRESETn信号被同步地置为高电平。芯片各模块在同一时钟边沿脱离复位状态，并等待系统主时钟稳定。
第二阶段：内核固定启动序列与物理地址映射
- 固定的逻辑起点 ：Cortex-M3内核硬件设计强制规定，在释放复位后，必须从逻辑地址
0x00000000读取初始主堆栈指针（MSP），从逻辑地址0x00000004读取初始程序计数器（PC）。 - 芯片级物理重映射（由BOOT引脚决定） ：在CPU内核执行上述读取操作前，芯片制造商实现的总线矩阵 根据
BOOT0、BOOT1等引脚在复位时的电平，已经建立了一条固定的物理连接。它将CPU对逻辑地址0x00000000区域的访问 ，重定向到一块特定的物理存储器 的起始地址：- 若配置为从主Flash启动 ，则逻辑
0x00000000映射到物理0x08000000。 - 若配置为从系统存储器启动 ，则逻辑
0x00000000映射到物理0x1FFF0000（内置Bootloader ROM）。 - 若配置为从内置SRAM启动 ，则逻辑
0x00000000映射到物理0x20000000。 - 此映射是物理的、静态的，在本次复位周期内不会改变。它仅决定了CPU"读"和"取"操作的物理来源，不涉及对数据内容的任何解释或修改。
- 若配置为从主Flash启动 ，则逻辑
第三阶段：加载上下文与跳转（作为复位异常的响应）
- 加载初始主堆栈指针（MSP） ：
- CPU内核发起对地址
0x00000000的32位读取。 - 通过上述硬件重映射，该请求被导向选定的物理存储器（例如
0x08000000）。 - 从该地址读取到的4字节数据，被直接、无条件地 装入MSP（R13） 寄存器。此值由软件开发者定义，并在此物理存储器的该位置。
- CPU内核发起对地址
- 加载初始程序计数器（PC）------即获取复位异常向量 ：
- CPU内核紧接着发起对地址
0x00000004的32位读取。 - 同样通过硬件重映射，该请求被导向物理地址（例如
0x08000004）。 - 从该地址读取到的4字节数据，被解释为一个内存地址，并直接、无条件地 装入PC（R15） 寄存器。
- 在Cortex-M3异常模型中，异常编号1（复位）的向量地址计算公式为
VTOR + 1 × 4。此刻，硬件隐含的向量表偏移寄存器 VTOR值为0x00000000。因此，步骤7和8正是CPU内核以 固定VTOR=0**，对复位异常（编号1） 的固定响应流程：从VTOR+0加载MSP，从VTOR+4加载PC。**
- CPU内核紧接着发起对地址
- 执行跳转 ：PC寄存器被更新后，处理器在下个周期开始从新的PC地址取指并执行 。这个地址，就是存储在物理存储器
0x00000004（经重映射后）处的值，它指向了开发者编写并编译到该物理存储器特定位置的Reset_Handler函数的第一条指令。
第四阶段：软件接管与系统重映射（Reset_Handler内）
-
Reset_Handler开始执行 ：CPU现在运行的是软件代码。该函数通常由芯片厂商提供的启动文件定义，用汇编或C语言编写。 -
初始化关键系统 ：函数首先初始化系统时钟、配置Flash访问延迟，可能还会初始化少量必要的外设。
-
关键操作------重配置向量表偏移寄存器（VTOR） ：
-
Reset_Handler通过一条存储指令（例如SCB->VTOR = 0x08000000），向地址0xE000ED08（VTOR寄存器）写入一个新的基地址。 -
此操作具有全局和即时效应 ：写入完成后，Cortex-M3内核用于计算所有异常 （包括复位、NMI、中断等）入口地址的基准点，从固定的
0x00000000永久地 更改为新的地址（例如0x08000000）。 -
意义 ：这实现了软件层面的逻辑重映射 。系统从此完全脱离对"逻辑0地址"硬件映射的依赖，异常处理完全在统一的4GB地址空间中，由VTOR寄存器指向的向量表管理。这也是Bootloader能跳转到应用程序的核心机制：Bootloader在跳转前，将VTOR改为应用程序向量表的地址，从而将异常处理权移交给应用程序。
-
初始化运行环境 ：
Reset_Handler继续执行，将已初始化的全局变量（.data段）从Flash复制到SRAM，将未初始化的全局变量（.bss段）在SRAM中清零。 -
跳转到主程序 ：最后，
Reset_Handler调用标准的C入口函数main()或直接跳转到调度器，将控制权移交给用户应用程序。
流程总结
此流程是一个从绝对硬件确定性 过渡到完全软件可编程性的经典范例：
- 物理层 ：复位信号与
BOOT引脚固定地 决定了第一条指令数据的物理来源。 - 硬件逻辑层 ：内核固定地 执行从
VTOR=0开始的复位异常响应序列，完成从"无机"到"有序"的强制性上下文加载。 - 软件层 ：被加载执行的
Reset_Handler立即夺回控制权 ，通过重写VTOR等操作，将系统配置到一个由软件完全定义和掌控的、灵活的可运行状态。
在cortex m3中，当复位后VTOR寄存器的动作
第一步：硬件强制初始化（复位释放瞬间）
当复位信号释放，处理器内核脱离复位状态时，其硬件逻辑会执行一个不可更改的初始化操作：将VTOR寄存器的值强制设置为 0x00000000 。这是一个由Cortex-M3架构定义的、所有芯片都必须遵守的固定动作。此时，处理器异常处理单元的"基准点"被锚定在逻辑地址零。然而，对于STM32F103这类芯片，一个并行的硬件事件正在发生：芯片内部的总线矩阵根据BOOT引脚的电平，已将物理Flash的起始地址（0x08000000）静态地映射 到了逻辑地址0x00000000的区域。因此，VTOR=0x00000000 这个状态在物理上等价于向量表位于 0x08000000，但处理器内核在逻辑上对此映射关系一无所知，它仅仅遵从"从VTOR（当前为0）加偏移量取地址"的规则。
第二步：内核执行首次异常响应（启动序列）
紧接着，处理器内核开始执行其固定的启动序列，这本质上是对**复位异常（编号1）**的响应：
- 它计算
VTOR + 0（即0x00000000），从该地址读取4字节数据，并将其作为初始主堆栈指针（MSP）加载。 - 它计算
VTOR + 1*4（即0x00000004），从该地址读取4字节数据（即复位异常向量），并将其作为程序计数器（PC）加载。
由于第一步所述的硬件映射，这两次读取实际上均来自物理地址0x08000000和0x08000004。CPU随后跳转到PC所指向的地址，即位于Flash中的Reset_Handler函数。
第三步：软件首次显式配置（建立确定基准）
Reset_Handler 开始执行，系统控制权从硬件转移到软件。此时，运行中的代码（例如Bootloader）必须立刻消除对硬件映射的隐含依赖，建立明确、可预测的运行时环境。因此，在 Reset_Handler 调用的早期初始化函数（如 SystemInit()）中，软件会执行一条至关重要的指令：向VTOR寄存器写入一个明确的基地址，例如 0x08000000 。这一动作的深层含义是：软件正式宣告，"从现在起，向量表的基准点是物理地址 0x08000000，请忘记之前 0x00000000 的逻辑映射"。完成此操作后，处理器对所有异常的寻址计算将基于这个新的、清晰的基准点。这是软件获得对异常系统控制权的标志。
第四步详解：运行时动态重配置（如果是Bootloader+App模式）
当系统超越简单的单应用程序模式，进入需要多个独立软件模块（如Bootloader和应用程序）协作运行时，VTOR的角色就从一次性初始化寄存器，变成了一个可以在软件运行中动态改写 的系统开关。其动作遵循一个严格的"指挥权移交"协议。
阶段一：Bootloader固守其位
- 动作 ：Bootloader的
Reset_Handler将VTOR设置为自身的向量表基地址（0x08000000）。 - 作用与状态 ：此动作宣告了Bootloader在运行期间对中断响应拥有绝对主权 。任何在此期间发生的中断，CPU都会严格按照
0x08000000 + 中断号×4的公式，跳转到Bootloader代码段内对应的中断服务程序。此时，VTOR是Bootloader私有资源的管理锚点 。
阶段二：跳转前夕的"政权交接"
这是整个流程中最精妙且不容出错的一步。 - 动作 ：在Bootloader执行跳转到应用程序的最后一条指令之前 ，它必须执行一条指令：
SCB->VTOR = 0x08002000。 - 微观作用 ：这条存储指令的完成，在硬件上产生了一个瞬时、全局且不可逆的效果 ------处理器内部异常寻址电路的"基址指针"被原子性地从
0x08000000拨到了0x08002000。这不是准备，而是立刻生效。 - 为何必须此时进行（关键原因） ：设想如果先跳转，再修改VTOR。在跳转完成到VTOR修改成功的这几条指令执行期间，若恰好有一个中断发生，CPU会去哪里 找中断向量？答案依然是旧的VTOR（
0x08000000），即Bootloader的向量表。但此时CPU已在执行应用程序的代码，上下文完全错乱，极大概率导致硬件错误或系统死锁。因此，必须在离开当前上下文（Bootloader）之前，就为下一个上下文（应用程序）铺好所有基础设施，其中中断响应路径是最关键的一项。
阶段三：应用程序的"主权宣告" - 动作 ：应用程序的
Reset_Handler同样会执行SCB->VTOR = 0x08002000。 - 深层意义 ：这并非冗余操作，而是软件工程确定性与鲁棒性原则 的体现。应用程序不应假设自己是由一个"正确且完好"的Bootloader启动的。它必须进行"初始化自检和确认"，明确建立自己所有核心资源的掌控权。这保证了：
- 状态确定性：无论之前VTOR被设为何值（即使是调试器乱写的），应用程序都强制将其纠正到正确值。
- 代码自包含与可移植性：这段初始化代码不依赖任何外部前提，使得该应用程序可以被任何兼容的引导程序启动，甚至由调试器直接加载到RAM中运行。
- 逻辑清晰 ：在应用程序的源码中，可以清晰地看到其向量表基地址的配置，使得维护和调试变得直观。
补充：Bootloader跳转到应用程序的本质：Bootloader在跳转前所做的设置VTOR和加载MSP/PC 这一系列操作，就是一次对CPU硬件复位启动序列的精确软件模拟：
在执行完SCB->VTOR = 0x08002000之后，Bootloader的代码立即执行以下关键操作来更新PC：
- 读取应用程序的"复位向量" ：
Bootloader知道应用程序的向量表基址现在是0x08002000（它刚刚设置的）。它像CPU硬件在复位时做的那样，从这个基址计算出应用程序的入口地址：用入口地址 = 应用VTOR基址 + 4 =0x08002004。Bootloader执行一条加载指令，从地址0x08002004读取4个字节 。这个读出的值，就是应用程序Reset_Handler函数的绝对地址（假设是0x08002100）。 - 读取应用程序的初始栈指针（可选但推荐） ：
为了保证应用程序有一个完全干净的运行环境，Bootloader通常也会从应用程序向量表的第一个条目（0x08002000）读取初始主栈指针（MSP）的值，并用它来设置当前的MSP。这确保了应用程序从它自己设计的堆栈开始运行。 - 执行跳转（更新PC） ：
这是最后一步，也是移交控制权的物理动作 。Bootloader使用一条特殊的跳转指令，将上一步读出的应用程序Reset_Handler地址加载到PC寄存器。常用两种方法：- 直接加载PC ：使用
LDR PC, [Rx]指令（其中Rx寄存器存放着0x08002004读出的地址）。 - 使用BX指令 ：将地址加载到一个通用寄存器（如R0），然后执行
BX R0。BX（分支并交换指令集）指令非常适合这种跳转。
- 直接加载PC ：使用
总结：VTOR的动作逻辑
VTOR在复位后的动作，遵循一条清晰的逻辑主线：从硬件强制的、隐含物理映射的默认值（0x00000000），被软件显式地重定义为明确、线性的物理基地址（如 0x08000000），并可在系统运行生命周期中，根据软件逻辑的需要进行动态重定位，以支持模块化、可升级的复杂系统设计。 整个过程体现了嵌入式系统从"硬件确定的起点"平稳过渡到"软件完全掌控的灵活运行"的核心设计哲学。
补充：从复位到执行 Reset_Handler
当复位信号生效再释放，两个并行的硬件动作瞬间完成：
- BOOT引脚电平被锁存 ：芯片根据
BOOT0等引脚的电平，物理性地接通了内部一条电路 。例如BOOT0=0时，逻辑地址0x00000000到0x0000FFFF这片区域的访问，被硬连线 到了物理Flash存储器（0x08000000起始）的对应引脚上。这不是软件命令，是电子在硅片通道里的流向被改变了。 - CPU内核复位 ：Cortex-M3内核的硬件状态机被清零，其向量表偏移寄存器（VTOR）被硬件强制设为
0x00000000，程序计数器（PC）和栈指针（SP）处于无效状态。
紧接着，内核启动其不可变更的硬件序列：
- 第一步取栈 ：它"想要"从
VTOR + 0（即0x00000000）读取数据作为初始主栈指针（MSP）。由于上述硬件连线，这个读请求被导向了物理地址0x08000000。于是，存储在Flash最开头的那个4字节数字（由链接脚本和编译器放置）被加载到MSP寄存器。这是软件世界对硬件栈的第一次定义。 - 第二步取指令 ：它"想要"从
VTOR + 4（即0x00000004）读取数据作为复位异常向量。同样，这个请求被导向0x08000004。存储在此的另一个4字节数字（即Reset_Handler函数的入口地址）被加载到程序计数器（PC）。 - 第一次跳转 ：CPU将PC所指的地址（即
Reset_Handler）作为下一条指令的地址。于是，处理器从物理Flash中Reset_Handler所在的准确位置，取回了第一条机器指令并开始执行。 至此，硬件的强制引导使命完成，控制权通过一条由物理电路决定的路径，被移交给了软件的第一行代码。