STM32_从SystemInit、__main到main()

2023-12-31 18:46:28

STM32 的 SystemInit() 和　__main

Author by [YuCloud](https://www.cnblogs.com/yucloud/)

上篇文章 STM32启动代码分析及其汇编学习-ARM 分析了 .S 启动文件，这次来研究一下 .S 启动文件之后执行到 main() 的流程

STM32 总体启动顺序

.s启动文件 -> 中断处理函数外部定义 -> SystemInit() -> __main -> SystemCoreClockUpdate -> SetSysClock -> main()

其中

截图里的中断处理函数外部定义位于 stm32f4xx_it.c（当然这个什么名字都可以，只要在 Keil 项目里且函数名为启动文件里定义的中断处理符号名）
SystemInit() 、 SystemCoreClockUpdate 、SetSysClock 三个函数均位于 system_stm32f4xx.c

SystemInit()

用 VSCode+Keil 编程环境，在项目里全局搜索 SystemInit

找到4个文件有用的

这是个 map 文件，里面是链接编译后对应的索引/映射

这是 list 文件，也就是链接后的汇编信息列表

这是头文件的声明

上面头文件对应的C源文件，那么函数定义就在这里了

其中还调用了 SetSysClock

SystemInit 很简单，查看一下 STM32 手册里的寄存器即可

__main

回顾一下

这里的

startup_stm32f401xx.o(.text) refers to entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) for __main

是个 .text 段，应该是 Keil 通过ARM汇编成 entry.o 链接到二进制文件里

总之这个 __main 会调用 system_stm32f4xx.c 里的 SystemCoreClockUpdate 函数，然后再调用我们c语言里的 main()。

但由于网上根本搜不到中文资料，因此我决定逆向

把Object目录里需要的文件复制出来，用 IDA 打开axf文件，格式选ARM小端（STM32是小端的）

确认后会提示ARM有两种指令集，并告诉你如何用 IDA 操作（ALT+G切换模式）

找到 Reset_Handler，这里二进制丢失了汇编的Label信息，所以反汇编后，名字有所不同

Enter 进入查看函数定义，由于上面有SystemInit()的源码，所以用不着反编译，我们来看 __main 也就是这里的 _main_stk 函数的定义

__main本体

虽然是 __main ，反编译名为 _main_stk()。

因为二进制并没有包含汇编所有东西，所以反汇编的时候，有些名字只能通过智能推断。

LDR.W           SP, =BuildAttributes$$THM_ISAv4$E$P$D$K$B$S$7EM$VFPi3$EXTD16$VFPS$VFMA$PE$A_L22UL41UL21$X_L11$S22US41US21$IEEE1$IW$USESV6$_STKCKD$USESV7$_SHL$OTIME$ROPI$EBA8$MICROLIB$REQ8$PRES8$EABIv2

人为断句一下，方便阅读

BuildAttributes$
$THM_ISAv4
$E$P$D
$K$B$S
$7EM
$VFPi3
$EXTD16
$VFPS
$VFMA
$PE
$A_L22UL41UL21
$X_L11
$S22US41US21
$IEEE1
$IW
$USESV6
$_STKCKD
$USESV7
$_SHL
$OTIME
$ROPI
$EBA8
$MICROLIB
$REQ8
$PRES8
$EABIv2

看起来是一些编译宏的拼接，Enter 一下，发现是这些：

F5 反编译成c源码（当然反编译只是根据反汇编结果再反编译成c，汇编里可没有保留c的所有东西（变量名、指针都是没有的）

这里介绍一下：IDA 的标签页名： IDA View 就是反汇编结果（按空格可切换流程图和文本模式），Pseudocode 就是反编译结果（c源码模式）

main_init(v0)

继续看

这里 IDA 给我们注释了，是把 __scatterload_rt2 程序的返回值写入 R0寄存器，

__scatterload_rt2

用 Enter 进入不了 __scatterload_rt2 程序，IDA直接显示汇编给我们，也就是说这是一段汇编

这里还调用了两个程序 Region$$Table$$Base 和 Region$$Table$$Limit

The DCD directive allocates one or more words of memory, aligned on four-byte boundaries, and defines the initial runtime contents of the memory.

DCD 指令：为一或多个 Word 分配内存，四字节对齐，并定义初始运行时的内存内容（也就是向内存填充 4字节32位的内容）

又根据网上的资料和上文，

main is your main procedure form main.c file, once __main is an internal procedure created by Keil toolchain which is calling at the end your main, but before it is initializing all variables (copying variables from FLASH to proper positions in RAM). In gcc it is seen explicitly, in Keil you can see it within debug process.

__main 是由 Keil 工具链创建的内部过程，它初始化所有变量（将变量从 FLASH 复制到 RAM 中的适当位置），并在最后调用您的 main，

在 gcc 中它是明确可见的，在 Keil 中你可以在调试过程中看到它

Keil 也是用了gcc，因此我们参考 GCC 的文档-Initialization：

If no init section is available, when GCC compiles any function called main (or more accurately, any function designated as a program entry point by the language front end calling expand_main_function), it inserts a procedure call to __main as the first executable code after the function prologue. The __main function is defined in libgcc2.c and runs the global constructors.

The compiler in Arm® Compiler 6 is based on Clang and LLVM technology. As such, it provides a high degree of compatibility with GCC.

当然 Keil 也可以使用 GCC，见 Home » Creating Applications » Tips and Tricks » GNU C Compiler Support

也就是说，__main 是库自带的东西，在编译时会由编译器链接到二进制程序里

猜测：Keil 把用到的变量编译在了 entry.o，然后把其二进制直接用DCD写入内存（因此我们看不到其原始信息）。

官方文档 https://www.keil.com/support/man/docs/armclang_intro/armclang_intro_pge1362066004603.htm

这个 Region$$Table 正是包含了本节提到的两个看不懂的程序

根据网上的资料，得出 Region$$Table$$Base 是Region$$Table的起始地址， Region$$Table$$Limit是Region$$Table的末尾地址。这两个共同组合了 Region$$Table 本体。

关于 Region$$Table 本体的说明

Region$$Table section
- [英] containing the addresses of the code and data to be copied or decompressed.
- [中] 包含了要被复制或解压缩的代码和数据的地址

一些概念：

Code （代码段）

ZI （Zero-Inintialize Data段）

RO （ReadOnly Data段）

RW (ReacWrite Data段)

占用计算：

FLASH 储存：Code + RO + RW

RAM 内存： RW + ZI

在项目的 Object 目录下的 sct 文件可见：

其中 InRoot$$Sections 包含了 Region$$Table

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00080000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00080000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00018000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

总之这部分超出了我的能力，本文纯作抛砖引玉，这里提供一些关键资料：

只能说和 RW Data 压缩息息相关，DCD那里应该就是ARM的压缩指令。

实在着急着秋招，没心思研究这些指令的含义了...

_main_init

反汇编：

反编译：

反编译名字有些不一样，容易混淆，但根据调用流程来看，

这里的 a2,a3是R1 R2寄存器用于存放和传递主函数参数，a1 是 R0寄存器用于函数调用

main()

也就是我们 C语言世界的 main 函数，你自己写的包含 main() 的 c源码文件

当然我写完了，才发现网上也有类似的文章

https://blog.csdn.net/hgsdfghdfsd/article/details/103812484

但是我的和它不太一样，区别在于版本

In RVCT v2.0 and earlier, only the __main section and the region tables had to be placed in a root region.

In RVCT v2.1 and above, RW data compression requires that additional sections (such as __dc*.o sections) be placed in a root region.

see: https://developer.arm.com/documentation/dui0206/h/Bhccgbbe

可能因为我是从 STM32 官方手动下载的STM32F4xx DSP and Standard Peripherals Library 1.4.0 库，而不是 Keil 自带最新的，问题不大，都是对的

码农公寓

STM32 的 SystemInit() 和 __main