STM32 单片机启动流程

Posted 2021-11-07 不咸不要钱

STM32 单片机启动流程

刚接触ARM的cortex-m系列单片机时，被告知一切都从main() 函数开始，要将程序写在main()函数中。而仿真时也貌似是从main() 函数开始的，以STM32F103为例。

后来了解到全局变量是在main()函数之前初始化的。MDK默认情况下勾选下面选项，跳过了启动的汇编部分代码，直接进入了main() 函数.

实际起始位置

在cortex-m系列中，中断向量表存放在 Flash 开始部分，Flash中第一个字存放栈顶指针，第二个字存放复位中断服务函数入口地址，其他中断服务函数入口地址依次存放在Flash中。

MCU上电后，会将Flash中的第一个字加载到R13 MSP寄存器中，第二个字加载到R15 PC寄存器中。

R13：栈顶指针寄存器SP

SP寄存器有两个，MSP或者PSP，PSP是为了RTOS特意设置的，如果使用RTOS，则在RTOS的任务中就是使用的PSP，在中断服务函数中则使用MSP。如果不适用RTOS，则默认一直使用PSP。

在MCU中，RAM只是负责暂存数据，真正的运算是在寄存器中完成的，例如要对两个变量进行加法运算，就需要将两个变量的值从RAM中取出存入寄存器中，然后操作寄存器进行计算，最后将计算结果存入RAM中。因此常说的在进入子函数或者中断服务函数时需要保存现场，其实也就是保存寄存器中的值，将寄存器值保存在栈中。

MSP寄存器存放栈顶指针，栈中存放局部变量、函数参数以及进入子函数、中断服务函数前寄存器的值，当从子函数或者中断服务函数中跳出时，会从栈中加载寄存器值，也就是恢复现场，确保程序可以正常执行。平时尽量不让使用递归就是为了防止多次调用自身，多次保存现场导致栈溢出。

入栈和出栈操作由编译器自动生成代码，但是入栈时默认只会将R0-R3入栈，如果中断服务函数过于复杂，则编译器也会将R4-R11入栈，这也就是为什么中断服务函数尽量简短的原因之一。

R15：程序计数寄存器PC

PC寄存器指向当前的程序地址。如果修改它的值，就能改变程序的执行流（很多高级技巧就在这里面）

上电时将中断向量表中的第二个字加载到PC寄存器中，也就是让程序跳转到复位中断服务函数中。


不过复位中断服务函数是一个汇编函数。

复位中断服务函数中调用了SystemInit()函数，该函数主要作用是设置中断向量表的偏移地址。也就是说中断向量表位置是可变的，当使用BOOT后，就需要在APP修改该偏移地址。

接着复位中断服务函数跳转到__main()函数中，__main()和我们平时说的main()函数是有区别的。

RAM掉电会丢失数据，在上电后，RAM中的数据是不确定的，在运行main()函数之前需要将RAM中的数据初始化，也就是下图左边到右边的过程，将flash中的RW数据加载到RAM中，并将RAM中的ZI段数据进行初始化操作。MDK中__main()函数帮我们自动完成了这个操作，也就是所谓的准备C语言环境，C语言环境准备好之后会跳到 main() 函数。

最后，其实还少说了一个，在上电后最先执行的其实是系统bootLoad（出厂时，官方固化在单片机中的一段代码，用户无法修改的）。在STM32中，常用的串口下载，DFU就是系统bootLoad中的功能，系统bootLoad执行完毕后才是我们上面说的哪些，文章中的图来自《Cortex-M3 权威指南》