单片机STM32的启动文件详解--学习笔记

2022-12-11 18:13:35

　　启动文件简介

　　启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

　　1、初始化堆栈指针SP=_initial_sp

　　2、初始化PC 指针=Reset_Handler

　　3、初始化中断向量表

　　4、配置系统时钟

　　5、调用C 库函数_main 初始化用户堆栈，从而最终调用main 函数去到C 的世界

　　查找ARM 汇编指令

　　在讲解启动代码的时候，会涉及到ARM 的汇编指令和Cortex 内核的指令，剩下的ARM的汇编指令我们可以在MDK->Help->Uvision Help 中搜索到，以EQU 为例，检索如下：

　　图1 ARM 汇编指令索引

　　检索出来的结果会有很多，我们只需要看Assembler User Guide 这部分即可。下面列出了启动文件中使用到的ARM 汇编指令，该列表的指令全部从ARM Development Tools这个帮助文档里面检索而来。其中编译器相关的指令WEAK 和ALIGN 为了方便也放在同一个表格了。

　　启动文件代码讲解

　　1. Stack—栈

　　开辟栈的大小为0X00000400(1KB)，名字为STACK，NOINIT 即不初始化，可读可写，8(2^3)字节对齐。

　　栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM 的大小。如果编写的程序比较大，定义的局部变量很多，那么就需要修改栈的大小。如果某一天，你写的程序出现了莫名奇怪的错误，并进入了硬fault 的时候，这时你就要考虑下是不是栈不够大，溢出了。

　　EQU：宏定义的伪指令，相当于等于，类似与C 中的define。

　　AREA：告诉汇编器汇编一个新的代码段或者数据段。STACK 表示段名，这个可以任意命名;NOINIT 表示不初始化;READWRITE 表示可读可写，ALIGN=3，表示按照2^3对齐，即8 字节对齐。

　　SPACE：用于分配一定大小的内存空间，单位为字节。这里指定大小等于Stack_Size。标号__initial_sp 紧挨着SPACE 语句放置，表示栈的结束地址，即栈顶地址，栈是由高向低生长的。

　　2. Heap 堆

　　开辟堆的大小为0X00000200(512 字节)，名字为HEAP，NOINIT 即不初始化，可读可写，8(2^3)字节对齐。__heap_base 表示对的起始地址，__heap_limit 表示堆的结束地址。堆是由低向高生长的，跟栈的生长方向相反。

　　堆主要用来动态内存的分配，像malloc()函数申请的内存就在堆上面。这个在STM32里面用的比较少。

　　1 PRESERVE8

　　2 THUMB

　　PRESERVE8：指定当前文件的堆栈按照8 字节对齐。

　　THUMB：表示后面指令兼容THUMB 指令。THUBM是ARM以前的指令集，16bit，现在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

　　定义一个数据段，名字为RESET，可读。并声明 __Vectors 、__Vectors_End 和__Vectors_Size 这三个标号具有全局属性，可供外部的文件调用。

　　EXPORT：声明一个标号可被外部的文件使用，使标号具有全局属性。如果是IAR 编译器，则使用的是GLOBAL 这个指令。

　　当内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程(ESR)就会执行。为了决定 ESR的入口地址，内核使用了―向量表查表机制‖。这里使用一张向量表。向量表其实是一个WORD( 32 位整数)数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该 ESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过 NVIC 中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为 0。因此，在地址 0 (即FLASH 地址0)处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。要注意的是这里有个另类： 0 号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后 MSP 的初值。

　　向量表

　　__Vectors 为向量表起始地址，__Vectors_End 为向量表结束地址，两个相减即可算出向量表大小。

　　向量表从FLASH 的0 地址开始放置，以4 个字节为一个单位，地址0 存放的是栈顶地址，0X04 存放的是复位程序的地址，以此类推。从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，可我们知道C 语言中的函数名就是一个地址。

　　DCD：分配一个或者多个以字为单位的内存，以四字节对齐，并要求初始化这些内存。在向量表中，DCD 分配了一堆内存，并且以ESR 的入口地址初始化它们。

　　4. 复位程序

　　复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用SystemInit 函数初始化系统时钟，然后调用C 库函数_mian，最终调用main 函数去到C 的世界。

　　WEAK：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件重新实现，这里并不是唯一的。

　　IMPORT：表示该标号来自外部文件，跟C 语言中的EXTERN 关键字类似。这里表示SystemInit 和__main 这两个函数均来自外部的文件。

　　SystemInit()是一个标准的库函数，在system_stm32f10x.c 这个库文件总定义。主要作用是配置系统时钟，这里调用这个函数之后，单片机的系统时钟配被配置为72M。

　　__main 是一个标准的C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈，并在函数的最后调用main 函数去到C 的世界。这就是为什么我们写的程序都有一个main 函数的原因。

　　LDR、BLX、BX 是CM4 内核的指令，具体作用见下表：

　　5. 中断服务程序

　　在启动文件里面已经帮我们写好所有中断的中断服务函数，跟我们平时写的中断服务函数不一样的就是这些函数都是空的，真正的中断复服务程序需要我们在外部的C 文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置而已。

　　如果我们在使用某个外设的时候，开启了某个中断，但是又忘记编写配套的中断服务程序或者函数名写错，那当中断来临的时，程序就会跳转到启动文件预先写好的空的中断

　　服务程序中，并且在这个空函数中无线循环，即程序就死在这里。

　　B：跳转到一个标号。这里跳转到一个‘.’，即表示无线循环。

　　6. 用户堆栈初始化

　　1 ALIGN

　　ALIGN：对指令或者数据存放的地址进行对齐，后面会跟一个立即数。缺省表示4 字节对齐。

　　首先判断是否定义了__MICROLIB ，如果定义了这个宏则赋予标号__initial_sp(栈顶地址)、__heap_base(堆起始地址)、__heap_limit(堆结束地址)全局属性，可供外部文件调用。有关这个宏我们在KEIL 里面配置，具体见下图。然后堆栈的初始化就由C 库函数_main 来完成。