STM32 单片机启动过程全解析：从上电到主函数的旅程

一、为什么要理解启动过程？

STM32 的启动过程就像一台精密仪器的开机自检，它确保所有系统部件按既定方式初始化，才能顺利运行我们的应用代码。对初学者而言，理解启动过程能帮助解决常见“程序跑飞”“不进 main”“下载后无反应”等问题；而对资深开发者，则有助于进行裸机编程、启动优化、Bootloader 设计等工作。

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二、STM32 启动流程概览

STM32 的启动过程大致可以划分为以下几个阶段：

上电 / 复位     ↓启动模式选择（BOOT 引脚）     ↓向量表定位（读取复位向量）     ↓跳转至启动代码（如 startup_stm32f10x.s）     ↓C/C++ 运行时初始化（.data/.bss/init）     ↓调用 main 函数

 

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三、详细流程剖析

1. 上电与复位阶段

STM32 上电后，首先进入 复位状态，这是一种硬件初始化状态，保证芯片的稳定性。复位的方式包括：

• 上电复位

• 手动按下 NRST 引脚

• 软件复位（通过 SCB->AIRCR）

接下来，芯片会读取一个叫做 启动引脚（BOOT0 和 BOOT1） 的组合，用于选择芯片从哪个存储介质启动。

2. 启动模式选择

STM32 支持三种启动模式（以 STM32F103 为例）：

BOOT1	BOOT0	启动模式
X	0	从主 Flash 启动
0	1	从系统内置 Bootloader 启动
1	1	从 SRAM 启动

大多数应用情况下，设置为 主 Flash 启动（BOOT0 = 0），也就是我们的应用程序所在位置。

✅ Tips：学习 Bootloader 时，可以手动将 BOOT0 设置为 1，进入 ISP 模式。

3. 读取向量表 & 跳转

无论从哪启动，STM32 都会从特定地址读取 向量表。向量表是中断和异常的入口地址表，前两个条目尤为关键：

• 地址 0x0000 0000（或其他起始地址）：初始主堆栈指针（MSP）

• 地址 0x0000 0004：复位中断向量（即程序入口地址）

芯片读取这两个值，并进行如下动作：

MSP ← *(0x00000000)PC  ← *(0x00000004)

STM32 会自动把 MSP 设置为初值，然后跳转到复位处理函数，通常是 Reset_Handler()。

4. 执行启动文件 startup_xxx.s

Reset_Handler 并不是直接跳到 main()，而是执行一个启动汇编文件，如 startup_stm32f10x.s。它的职责包括：

• 初始化堆栈指针

• 初始化中断向量表

• 调用 SystemInit()（时钟、Flash 等初始化）

• 初始化数据段（.data）和清零 BSS 段（.bss）

• 最后调用 main()

简化伪代码如下：

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Reset_Handler:    bl  SystemInit         ; 初始化系统时钟    bl  __libc_init_array  ; C 运行时库初始化    bl  main               ; 跳转到 main 函数

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四、C/C++ 运行时初始化详解

在调用 main() 之前，C/C++ 编译器需要做一些关键准备：

✅ .data 段初始化

.data 段是已初始化的全局变量，例如：

int a = 5;  // 存储在 .data

这部分变量的值最初存储在 Flash，需要搬运到 RAM 才能读写。启动文件会将其从 ROM 拷贝到 RAM。

✅ .bss 段清零

.bss 段用于存储未初始化的全局变量，例如：

int b;  // 存储在 .bss，自动清零

启动代码会将 .bss 区域置为 0。

✅ C++ 构造函数支持

如果使用 C++，启动代码还会调用全局构造函数，这是通过 __libc_init_array() 实现的。

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五、然后才是我们的 main() 函数

至此，所有底层初始化完成，CPU 跳转到 C 程序的入口 main() 函数，正式交给开发者写业务逻辑。

int main(void){    // 用户应用代码    while (1) {        // 主循环    }}

 

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六、动手实践建议（面向初学者）

如果你是 STM32 小白，不妨通过以下步骤深入理解：

1. 查看启动汇编文件：打开 startup_xxx.s 文件，理解 Reset_Handler 的流程。

2. 在 SystemInit() 加断点：跟踪是否进入主时钟配置流程。

3. 使用 map 文件分析段分布：看 .data.bss.text 的地址和大小。

4. 学习如何修改向量表位置：通过 SCB->VTOR 改变中断表地址。

5. 尝试裸机启动：不依赖 HAL 库，手动初始化堆栈、中断、系统时钟。

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七、总结

STM32 的启动过程虽然隐藏在 HAL 库和 IDE 的自动生成之下，但正是这一套流程，支撑了嵌入式程序的稳定运行。掌握它，不仅有助于开发排错、理解底层逻辑，更是从“会用”到“精通” STM32 的必经之路。