單片機STM32的啟動文件詳解–學習筆記

• 2019 年 12 月 27 日
• 筆記

　　啟動文件簡介

　　啟動文件由彙編編寫，是系統上電複位後第一個執行的程式。主要做了以下工作：

　　1、初始化堆棧指針SP=_initial_sp

　　2、初始化PC 指針=Reset_Handler

　　3、初始化中斷向量表

　　4、配置系統時鐘

　　5、調用C 庫函數_main 初始化用戶堆棧，從而最終調用main 函數去到C 的世界

　　查找ARM 彙編指令

　　在講解啟動程式碼的時候，會涉及到ARM 的彙編指令和Cortex 內核的指令，剩下的ARM的彙編指令我們可以在MDK->Help->Uvision Help 中搜索到，以EQU 為例，檢索如下：

　　圖1 ARM 彙編指令索引

　　檢索出來的結果會有很多，我們只需要看Assembler User Guide 這部分即可。下面列出了啟動文件中使用到的ARM 彙編指令，該列表的指令全部從ARM Development Tools這個幫助文檔裡面檢索而來。其中編譯器相關的指令WEAK 和ALIGN 為了方便也放在同一個表格了。

　　啟動文件程式碼講解

　　1. Stack—棧

　　開闢棧的大小為0X00000400(1KB)，名字為STACK，NOINIT 即不初始化，可讀可寫，8(2^3)位元組對齊。

　　棧的作用是用於局部變數，函數調用，函數形參等的開銷，棧的大小不能超過內部SRAM 的大小。如果編寫的程式比較大，定義的局部變數很多，那麼就需要修改棧的大小。如果某一天，你寫的程式出現了莫名奇怪的錯誤，並進入了硬fault 的時候，這時你就要考慮下是不是棧不夠大，溢出了。

　　EQU：宏定義的偽指令，相當於等於，類似與C 中的define。

　　AREA：告訴彙編器彙編一個新的程式碼段或者數據段。STACK 表示段名，這個可以任意命名;NOINIT 表示不初始化;READWRITE 表示可讀可寫，ALIGN=3，表示按照2^3對齊，即8 位元組對齊。

　　SPACE：用於分配一定大小的記憶體空間，單位為位元組。這裡指定大小等於Stack_Size。標號__initial_sp 緊挨著SPACE 語句放置，表示棧的結束地址，即棧頂地址，棧是由高向低生長的。

　　2. Heap 堆

　　開闢堆的大小為0X00000200(512 位元組)，名字為HEAP，NOINIT 即不初始化，可讀可寫，8(2^3)位元組對齊。__heap_base 表示對的起始地址，__heap_limit 表示堆的結束地址。堆是由低向高生長的，跟棧的生長方向相反。

　　堆主要用來動態記憶體的分配，像malloc()函數申請的記憶體就在堆上面。這個在STM32裡面用的比較少。

　　1 PRESERVE8

　　2 THUMB

　　PRESERVE8：指定當前文件的堆棧按照8 位元組對齊。

　　THUMB：表示後面指令兼容THUMB 指令。THUBM是ARM以前的指令集，16bit，現在Cortex-M系列的都使用THUMB-2 指令集，THUMB-2 是32 位的，兼容16 位和32 位的指令，是THUMB 的超集。

　　3. 向量表

　　1 AREA RESET, DATA, READONLY

　　2 EXPORT __Vectors

　　3 EXPORT __Vectors_End

　　4 EXPORT __Vectors_Size

　　定義一個數據段，名字為RESET， 可讀。並聲明 __Vectors 、__Vectors_End 和__Vectors_Size 這三個標號具有全局屬性，可供外部的文件調用。

　　EXPORT：聲明一個標號可被外部的文件使用，使標號具有全局屬性。如果是IAR 編譯器，則使用的是GLOBAL 這個指令。

　　當內核響應了一個發生的異常後，對應的異常服務常式(ESR)就會執行。為了決定 ESR的入口地址， 內核使用了―向量表查表機制‖。這裡使用一張向量表。向量表其實是一個WORD( 32 位整數)數組，每個下標對應一種異常，該下標元素的值則是該 ESR 的入口地址。向量表在地址空間中的位置是可以設置的，通過 NVIC 中的一個重定位暫存器來指出向量表的地址。在複位後，該暫存器的值為 0。因此，在地址 0 (即FLASH 地址0)處必須包含一張向量表，用於初始時的異常分配。要注意的是這裡有個另類： 0 號類型並不是什麼入口地址，而是給出了複位後 MSP 的初值。

　　向量表

　　__Vectors 為向量表起始地址，__Vectors_End 為向量表結束地址，兩個相減即可算出向量表大小。

　　向量表從FLASH 的0 地址開始放置，以4 個位元組為一個單位，地址0 存放的是棧頂地址，0X04 存放的是複位程式的地址，以此類推。從程式碼上看，向量表中存放的都是中斷服務函數的函數名，可我們知道C 語言中的函數名就是一個地址。

　　DCD：分配一個或者多個以字為單位的記憶體，以四位元組對齊，並要求初始化這些記憶體。在向量表中，DCD 分配了一堆記憶體，並且以ESR 的入口地址初始化它們。

　　4. 複位程式

　　複位子程式是系統上電後第一個執行的程式，調用SystemInit 函數初始化系統時鐘，然後調用C 庫函數_mian，最終調用main 函數去到C 的世界。

　　WEAK：表示弱定義，如果外部文件優先定義了該標號則首先引用該標號，如果外部文件沒有聲明也不會出錯。這裡表示複位子程式可以由用戶在其他文件重新實現，這裡並不是唯一的。

　　IMPORT：表示該標號來自外部文件，跟C 語言中的EXTERN 關鍵字類似。這裡表示SystemInit 和__main 這兩個函數均來自外部的文件。

　　SystemInit()是一個標準的庫函數，在system_stm32f10x.c 這個庫文件總定義。主要作用是配置系統時鐘，這裡調用這個函數之後，單片機的系統時鐘配被配置為72M。

　　__main 是一個標準的C 庫函數，主要作用是初始化用戶堆棧，並在函數的最後調用main 函數去到C 的世界。這就是為什麼我們寫的程式都有一個main 函數的原因。

　　LDR、BLX、BX 是CM4 內核的指令，具體作用見下表：

　　5. 中斷服務程式

　　在啟動文件裡面已經幫我們寫好所有中斷的中斷服務函數，跟我們平時寫的中斷服務函數不一樣的就是這些函數都是空的，真正的中斷復服務程式需要我們在外部的C 文件裡面重新實現，這裡只是提前佔了一個位置而已。

　　如果我們在使用某個外設的時候，開啟了某個中斷，但是又忘記編寫配套的中斷服務程式或者函數名寫錯，那當中斷來臨的時，程式就會跳轉到啟動文件預先寫好的空的中斷

　　服務程式中，並且在這個空函數中無線循環，即程式就死在這裡。

　　B：跳轉到一個標號。這裡跳轉到一個『.』，即表示無線循環。

　　6. 用戶堆棧初始化

　　1 ALIGN

　　ALIGN：對指令或者數據存放的地址進行對齊，後面會跟一個立即數。預設表示4 位元組對齊。

　　首先判斷是否定義了__MICROLIB ，如果定義了這個宏則賦予標號__initial_sp(棧頂地址)、__heap_base(堆起始地址)、__heap_limit(堆結束地址)全局屬性，可供外部文件調用。有關這個宏我們在KEIL 裡面配置，具體見下圖 。然後堆棧的初始化就由C 庫函數_main 來完成。

　　如果沒有定義__MICROLIB ， 則才用雙段存儲器模式， 且聲明標號__user_initial_stackheap 具有全局屬性，讓用戶自己來初始化堆棧。

　　IF,ELSE,ENDIF：彙編的條件分支語句，跟C 語言的if ,else 類似

　　END：文件結束