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stm32 启动文件分析

启动文件前面的介绍

启动文件是后缀为.s的汇编语言文本文件,每行前面的分号表示此行是注释行。

启动文件主要完成如下工作,即程序执行过程:

-      设置堆栈指针SP = __initial_sp。

-      设置PC指针 = Reset_Handler。

-      设置中断向量表。

-      配置系统时钟。

-      配置外部SRAM/SDRAM用于程序变量等数据存储(这是可选的)。

-      跳转到C库中的 __main ,最终会调用用户程序的main()函数。

Cortex-M内核处理器复位后,处于线程模式,指令权限是特权级别(最高级别),堆栈设置为使用主堆栈MSP。

13.3.1 复位序列

硬件复位之后,CPU 内的时序逻辑电路首先完成如下两个工作(程序代码下载到内部flash为例,flash首地址0x0800 0000)

  •   将0x08000000位置存放的堆栈栈顶地址存放到SP中(MSP)。
  •   将0x08000004 位置存放的向量地址装入 PC 程序计数器。

CPU 从 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 条指令开始执行程序,也就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。

复位中断服务程序会调用SystemInit()函数来配置系统时钟、配置FMC总线上的外部SRAM/SDRAM,然后跳转到C 库中__main 函数。由C库中的__main 函数完成用户程序的初始化工作(比如:变量赋初值等),最后由__main 函数调用用户写的 main()函数开始执行 C 程序。

  •   第1部分代码分析

下面的代码实现开辟栈(stack)空间,用于局部变量、函数调用、函数的参数等。

EQU 是表示宏定义的伪指令,类似于 C 语言中的#define。伪指令的意思是指这个“指令”并不会生成二进制程序代码,也不会引起变量空间分配。

0x00000400 表示栈大小,注意这里是以字节为单位。

下一行开辟一段数据空间可读可写,段名 STACK,按照 8 字节对齐。ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。ARER 后面的关键字表示这个段的属性。

STACK :表示这个段的名字,可以任意命名。

NOINIT:表示此数据段不需要填入初始数据。

READWRITE:表示此段可读可写。

ALIGN=3 :表示首地址按照 2 的 3 次方对齐,也就是按照 8 字节对齐(地址对8求余数等于0)。

SPACE 这行指令告诉汇编器给 STACK 段分配 0x00000400 字节的连续内存空间。

 __initial_sp 紧接着 SPACE 语句放置,表示了栈顶地址。__initial_sp 只是一个标号,标号主要用于表示一片内存空间的某个位置,等价于 C 语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置,从 C 语言的角度来看,变量的地址,数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。

  • 第2部分代码分析

下面的代码实现开辟堆(heap)空间,主要用于动态内存分配,也就是说用 malloc,calloc, realloc等函数分配的变量空间是在堆上。

这几行语句和上面第1部分代码类似。分配一片连续的内存空间给名字叫 HEAP 的段,也就是分配堆空间。堆的大小为 0x00000200。动态分配。

__heap_base 表示堆的开始地址。

__heap_limit 表示堆的结束地址。

第3部分代码分析

第1行:PRESERVE8 指定当前文件保持堆栈八字节对齐。

第2行:THUMB表示后面的指令是THUMB指令集 ,是ARM以前的指令集,是16bit,  CM7采用的是THUMB - 2指令集,32bit,THUMB - 2指令集包含THUMB指令集 。

第6行:AREA定义一块代码段,只读,段名字是 RESET。READONLY 表示只读,缺省就表示代码段了。

第7-9行:3 行EXPORT语句将 3 个标号申明为可被外部引用主要提供给链接器用于连接库文件或其他文件。

  •   第4部分代码分析

                                                   中间省略。。。

上面的这段代码是建立中断向量表,中断向量表定位在代码段的最前面。具体的物理地址由链接器的配置参数(IROM1 的地址)决定。

  1. __Vectors_End:这是一个符号,表示中断向量表的结束地址。

  2. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors:这行代码定义了一个宏__Vectors_Size,它的值是中断向量表的大小,通过计算__Vectors_End__Vectors之间的差值得到。

向量表就是中断源表,向量其实就是内核发生的异常的源头,启动文件中的向量表的地址都是从flash空间的首地址开始,0x00000000存储的是栈顶指针,0x00000004存放的是复位程序地址......

注:地址映射,ARM Cortex-M微控制器通常使用一种称为“固定映射”的技术,其中特定的内存地址范围被永久地映射到特定的物理内存区域。例如,地址范围0x00000000到0x1FFFFFFF通常被映射到Flash存储器,而地址范围0x20000000到0x3FFFFFFF通常被映射到SRAM。这种映射是在微控制器的内存管理单元(MMU)中配置的,它允许应用程序代码和中断向量表存储在Flash中,同时仍然能够被CPU直接执行。

如果程序在 Flash 运行,则中断向量表的起始地址是 0x08000000。当然也可以自行配置起始和大小,如图

DCD 表示分配 1 个 4 字节的空间(内存单元)。每行 DCD 都会生成一个 4 字节的二进制代码。中断向量表存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常(也即是中断事件)发生时,CPU 的中断系统会将相应的入口地址赋值给 PC 程序计数器,之后就开始执行中断服务程序。

第1行:AREA 定义一块代码段,只读,段名字是 .text 。READONLY 表示只读。

第4行:利用 PROC、ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程,使程序的结构加清晰。

第5行:WEAK 声明其他的同名标号优先于该标号被引用,就是说如果外面声明了的话会调用外面的。 这个声明很重要,它让我们可以在C文件中任意地方放置中断服务程序,只要保证C函数的名字和向量表中的名字一致即可。

第6行:IMPORT:伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义。但要在当前源文件中引用,而且无论当前源文件是否引用该标号,该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。

第9行:SystemInit 函数在文件system_stm3210xx.c 里面,主要实现RCC相关寄存器复位和中断向量表位置设置。

第11行:__main 标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main 的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈(跳转__user_initial_stackheap 标号进行初始化堆栈的,下面会讲到这个标号),并初始化映像文件,最后跳转到 C 程序中的 main函数。这就解释了为何所有的 C 程序必须有一个 main 函数作为程序的起点。因为这是由 C/C++标准实时库所规,并且不能更改。

第6部分代码分析

                                       中间省略。。。

第5行:死循环,用户可以在此实现自己的中断服务程序。不过很少在这里实现中断服务程序,一般多是在其它的C文件里面重新写一个同样名字的中断服务程序,因为这里是WEEK弱定义的。如果没有在其它文件中写中断服务器程序,且使能了此中断,进入到这里后,会让程序卡在这个地方。

第14行:缺省中断服务程序(开始)

第23行:死循环,如果用户使能中断服务程序,而没有在C文件里面写中断服务程序的话,都会进入到这里。比如在程序里面使能了串口1中断,而没有写中断服务程序USART1_IRQHandle,那么串口中断来了,会进入到这个死循环。

第25行:缺省中断服务程序(结束)。

第4行:简单的汇编语言实现IF…….ELSE…………语句。如果定义了MICROLIB,那么程序是不会执行ELSE分支的代码。__MICROLIB可能大家并不陌生,就在MDK的Target Option里面设置。

F1,F4的启动方式,由BOOT0和BOOT1引脚共同决定。

参考:

【安富莱】STM32H7用户手册发布,重在BSP驱动包设计方法,HAL库的框架学习,授人以渔,更新至95章(2024-05-06) - STM32H7 - 硬汉嵌入式论坛 - Powered by Discuz!

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