单片机启动流程以STM32举例

文章目录

BOOT引脚选择
向量表加载
- 系统异常向量表
- 外设中断向量表
硬件加载动作
Reset_Handler
- SystemInit()
- __main
- - [.data 拷贝](#.data 拷贝)
  - [.bss 清零](#.bss 清零)
  - __rt_entry
main()

BOOT引脚选择

0x00000000~0x0007FFFF这段空间属于重映射区，根据BOOT的不同选择映射到不同的内存区域

模式	启动地址	说明
主 Flash（正常情况）	0x08000000	正常用户程序
System Memory	0x1FFF0000	内置 BootLoader（不能修改）
SRAM	0x20000000	调试/特殊用途

向量表加载

假设我们现在选择了主flash模式，内存映射到0x08000000开始执行，首先进行的就是读取加载向量表

对于向量表我们必须要知道的是

每个占 4 字节（32位）（一个函数指针）

数组[中断号] = 函数地址

发生中断 → 查表 → 跳转函数

系统异常向量表

地址（Flash）	偏移	向量名	功能
0x08000000	0x00	Initial MSP	主栈初始值
0x08000004	0x04	Reset_Handler	复位入口（程序起点）
0x08000008	0x08	NMI_Handler	不可屏蔽中断
0x0800000C	0x0C	HardFault_Handler	硬Fault异常
0x08000010	0x10	MemManage_Handler	内存管理异常
0x08000014	0x14	BusFault_Handler	总线错误
0x08000018	0x18	UsageFault_Handler	使用错误
0x0800001C	0x1C	Reserved	保留
0x08000020	0x20	Reserved	保留
0x08000024	0x24	Reserved	保留
0x08000028	0x28	Reserved	保留
0x0800002C	0x2C	SVC_Handler	系统服务调用
0x08000030	0x30	DebugMon_Handler	调试监视
0x08000034	0x34	Reserved	保留
0x08000038	0x38	PendSV_Handler	上下文切换（RTOS关键）
0x0800003C	0x3C	SysTick_Handler	系统滴答定时器

外设中断向量表

地址（Flash）	偏移	向量名	功能
0x08000040	0x40	WWDG_IRQHandler	窗口看门狗
0x08000044	0x44	PVD_IRQHandler	电压检测
0x08000048	0x48	TAMPER_IRQHandler	篡改检测
0x0800004C	0x4C	RTC_IRQHandler	RTC
0x08000050	0x50	FLASH_IRQHandler	Flash 操作
0x08000054	0x54	RCC_IRQHandler	时钟控制
0x08000058	0x58	EXTI0_IRQHandler	外部中断0
0x0800005C	0x5C	EXTI1_IRQHandler	外部中断1
0x08000060	0x60	EXTI2_IRQHandler	外部中断2
0x08000064	0x64	EXTI3_IRQHandler	外部中断3
0x08000068	0x68	EXTI4_IRQHandler	外部中断4
0x0800006C	0x6C	DMA1_Channel1_IRQHandler	DMA1通道1
0x08000070	0x70	DMA1_Channel2_IRQHandler	DMA1通道2
0x08000074	0x74	DMA1_Channel3_IRQHandler	DMA1通道3
0x08000078	0x78	DMA1_Channel4_IRQHandler	DMA1通道4
0x0800007C	0x7C	DMA1_Channel5_IRQHandler	DMA1通道5
0x08000080	0x80	DMA1_Channel6_IRQHandler	DMA1通道6
0x08000084	0x84	DMA1_Channel7_IRQHandler	DMA1通道7
0x08000088	0x88	ADC1_2_IRQHandler	ADC
0x0800008C	0x8C	USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler	USB/CAN发送
0x08000090	0x90	USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler	USB/CAN接收
0x08000094	0x94	CAN1_RX1_IRQHandler	CAN RX1
0x08000098	0x98	CAN1_SCE_IRQHandler	CAN状态
0x0800009C	0x9C	EXTI9_5_IRQHandler	外部中断5~9
0x080000A0	0xA0	TIM1_BRK_IRQHandler	定时器1
0x080000A4	0xA4	TIM1_UP_IRQHandler	定时器1更新
0x080000A8	0xA8	TIM1_TRG_COM_IRQHandler	定时器1触发
0x080000AC	0xAC	TIM1_CC_IRQHandler	定时器1捕获比较
0x080000B0	0xB0	TIM2_IRQHandler	定时器2
0x080000B4	0xB4	TIM3_IRQHandler	定时器3
0x080000B8	0xB8	TIM4_IRQHandler	定时器4
0x080000BC	0xBC	I2C1_EV_IRQHandler	I2C1事件
0x080000C0	0xC0	I2C1_ER_IRQHandler	I2C1错误
0x080000C4	0xC4	I2C2_EV_IRQHandler	I2C2事件
0x080000C8	0xC8	I2C2_ER_IRQHandler	I2C2错误
0x080000CC	0xCC	SPI1_IRQHandler	SPI1
0x080000D0	0xD0	SPI2_IRQHandler	SPI2
0x080000D4	0xD4	USART1_IRQHandler	串口1
0x080000D8	0xD8	USART2_IRQHandler	串口2
0x080000DC	0xDC	USART3_IRQHandler	串口3
0x080000E0	0xE0	EXTI15_10_IRQHandler	外部中断10~15
0x080000E4	0xE4	RTCAlarm_IRQHandler	RTC闹钟
0x080000E8	0xE8	USBWakeUp_IRQHandler	USB唤醒

硬件加载动作

c 复制代码

MSP = *(0x00000000);
PC  = *(0x00000004);

从 0x00000000 （已经被映射为0x08000000）读出一个值 → 放进 MSP（主栈指针）

MSP 指向主栈的栈顶，在 SRAM 的高地址处

SRAM 0x20000000 ~ 0x20004FFF（20KB）

MSP 初始值为 0x20005000

从 0x00000004（已经被映射为0x08000004[Reset_Handler]）读出一个值 → 放进 PC（程序入口）

Reset_Handler

这段程序在startup_stm32f103xx.s启动文件当中存储

c 复制代码

; Reset handler
Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

;

先执行 SystemInit()

再跳到 __main

由 __main 完成C运行时初始化

最后进入 main()

SystemInit()

以F4芯片举例，这个函数的位置在system_stm32f4xx.c，SystemInit 负责最早期的系统级初始化，具体内容由芯片和工程模板决定

c 复制代码

/**
  * @brief  Setup the microcontroller system
  *         Initialize the FPU setting, vector table location and External memory 
  *         configuration.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SystemInit(void)
{
  /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif

#if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
  SystemInit_ExtMemCtl(); 
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */

  /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
#if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
  SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */
}

浮点单元配置
外部内存配置，如果有就把外部内存控制器配好；
如果用户指定了新的向量表地址，就把 CPU 的向量表基址改过去。

__main

MDK/ARM 编译器运行库当中，这个函数的具体运行流程如下

.data 拷贝

.bss 清零

调用 __rt_entry

.data 拷贝

把"有初值的全局/静态变量"从 Flash 的 .data初始化区 搬到 SRAM的 .data区

.bss 清零

把"未初始化的全局/静态变量"在 RAM的 .bss区 中全部清零

__rt_entry

__rt_entry 做的事：

给程序准备好栈和堆
把C库准备好（printf这些能用）
如果是C++，把全局对象构造好
最后调用 main()

main()

开始执行main函数

如果启用RTOS，之前步骤都不变，在main函数当中才进行RTOS的初始化