【STM32-启动文件 startup_stm32f103xe.s】

■ STM32-启动文件

STM32 启动文件由 ST 官方提供
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。

■ STM32-启动文件主要做了以下工作：

1、初始化堆栈指针 SP = _initial_sp
2、初始化程序计数器指针 PC = Reset_Handler
3、设置堆和栈的大小
4、初始化中断向量表
5、配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）
6、配置系统时钟，通过调用 SystemInit 函数（可选）
7、调用 C 库中的 _main 函数初始化用户堆栈，最终调用 main 函数

■ STM32-启动文件指令

关于其他更多的 ARM 汇编，我们可以通过 MDK 的索引搜索工具中搜索找到。打开索引搜索工具的方法：
MDK->Help->uVision Help，

■ STM32-启动文件代码详解

例如：startup_stm32f103xe.s 把启动代码分成几个功能段进行详细的讲解

■ 栈空间的开辟

栈是从高往低生长，所以每使用一个栈空间地址，栈顶地址__initial_sp 就减一。

33 行 EQU：宏定义的伪指令， 给数字常量取一个符号名， 类似与 C 中的 define。
定义栈大小为 0x00000400 字节，即 1024B（1KB），常量的符号是 Stack_Size。
35 行 AREA 汇编一个新的代码段或者数据段。
段名为 STACK， 段名可以任意命名；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。
36 行 SPACE 分配内存指令， 分配大小为 Stack_Size 字节连续的存储单元给栈空间。
37 行__initial_sp 紧挨着 SPACE 放置，表示栈的结束地址，栈是从高往低生长，所以结束地址就是栈顶地址

栈主要用于存放局部变量，函数形参等， 属于编译器自动分配和释放的内存， 栈的大小不能超过内部 SRAM 的大小。如果工程的程序量比较大，定义的局部变量比较多，那么就需要在启动代码中修改栈的大小，即修改 Stack_Size 的值。

如果程序出现了莫名其妙的错误，并进入了 HardFault 的时候，你就要考虑下是不是栈空间不够大，溢出了的问题。

■ 栈空间大小 Stack_Size

1. 打开.map文件 搜索__initial_sp
   
   栈顶地址 __initial_sp 的地址是 0x20000538
   栈低地址 STACK 0x20000138
   Stack_Size = 栈顶地址-栈低地址 Stack_Size 的大小是 0x00000400

■ .map 文件的详细介绍

■ 打开map文件

■ 堆空间

这部分代码的意思就是：开辟堆的大小为 0x00000200（512 字节），
段名为 HEAP，NOINIT不初始化，READWRITE可读可写， ALIGN=3，表示按照 2^3 对齐，即 8 字节对齐。
__heap_base表示堆的起始地址，
__heap_limit 表示堆的结束地址。
堆和栈的生长方向相反的，堆是由低向高生长，而栈是从高往低生长。

注意点：

由于不需要使用 C 库的 malloc 和 free 等函数，也就用不到堆空间，因此我们可以设置 Heap_Size 的大小为 0，以节省内存空间

■ PRESERVE8 和 THUMB 指令

PRESERVE8： 指示编译器按照 8 字节对齐。
THUMB： 指示编译器之后的指令为 THUMB 指令。

■ 中断向量表定义（简称：向量表）???

定义一个数据段，
RESET, READONLY 表示只读。
EXPORT 表示声明一个标号具有全局属性，可被外部的文件使用。
这里是声明了__Vectors、 __Vectors_End 和 __Vectors_Size 三个标号具有全局性，可被外部的文件使用。

__Vectors 为向量表起始地址，
__Vectors_End 为向量表结束地址，
__Vectors_Size 为向量表大小， __Vectors_Size = __Vectors_End - __Vectors。

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。如下：

要注意的是这里有个另类： 地址 0x0000 0000 并不是什么入口地址，而是给出了复位后 MSP 的初值。

向量表格中灰色部分是系统内核异常
表格中位置 0 到 59 是外部中断

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。

？？？？？？？？？？？

■ 复位程序

定义一个段命为.text， 只读的代码段， 在 CODE 区。

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。

关键词	描述
145 行	子程序开始
146 行	声明复位中断向量 Reset_Handler 为全局属性，这样外部文件就可以调用此复位中断服务。 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外部定义的标号，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。
147 行和 148 行	IMPORT 表示该标号来自外部文件。 这里表示 SystemInit 和__main 这两个函数均来自外部的文件。
149 行	LDR 表示从存储器中加载字到一个存储器中。 SystemInit 是一个标准的库函数，在 system_stm32f1xx.c 文件中定义，主要作用是配置系统时钟、还有就是初始化 FSMC/FMC总线上外挂的 SRAM(可选)，前面说配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）就是这个。
150 行	BLX 表示跳转到由寄存器给出的地址，并根据寄存器的 LSE 确定处理器的状态，还要把跳转前的下条指令地址保存到 LR。
151 行	把__main 的地址给 R0。 __main 是一个标准的 C 库函数，主要作用是初始化用户堆栈和变量等，最终调用 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，如果不调用__main，那么程序最终就不会调用我们 C 文件里面的main，也就无法正常运行。
152 行	BX 表示跳转到由寄存器/标号给出的地址，不用返回。 这里表示切换到__main地址，最终调用 main 函数，不返回，进入 C 的世界。
153 行	ENDP 表示子程序结束。

LDR、 BLX、 BX 是内核的指令，可在《CM3 权威指南 CnR2》第四章-指令集里面查询到。

■ weak

weak 顾名思义是“弱”的意思，
在汇编中， 在函数名称后面加[WEAK]来表示
在 C语言中，在函数名称前面加上__weak 修饰符来表示， 这样的函数我们称为“弱函数”。

■ _main 函数的分析

_main 和 main 是两个完全不同的函数。
_main 代码是编译器自动创建的，因此无法找到_main 代码。
当编译器发现定义了 main 函数，那么就会自动创建_main。

程序经过汇编启动代码，执行到__main()后，可以看出有两个大的函数：

__scatterload()：负责把 RW/RO 输出段从装载域地址复制到运行域地址，并完成了 ZI运行域的初始化工作。
__rt_entry():负责初始化堆栈，完成库函数的初始化，最后自动跳转向 main()函数。

■ __scatterload()函数

■ __rt_entry()函数

■ 中断服务程序

这些中断服务函数都被[WEAK]声明为弱定义函数
中断函数分为系统异常中断和外部中断，外部中断根据不同芯片有所变化。
B 指令是跳转到一个标号，这里跳转到一个‘.’，表示无限循环。

中断发生时，程序就会跳转到启动文件预先写好的弱定义的中断服务程序中，并且在 B 指令作用下跳转到一个‘.’中，无限循环。

■ ALIGN指令

ALIGN 表示对指令或者数据的存放地址进行对齐，一般需要跟一个立即数，缺省表示4 字节对齐。
要注意的是，这个不是 ARM 的指令，是编译器的。

■ 用户堆栈初始化

== IF, ELSE, ENDIF 是汇编的条件分支语句。==

关键词	描述
331 行	判断是否定义了__MICROLIB。 关于__MICROLIB 这个宏定义，我们是在 KEIL 里面配置。 勾选了 Use MicroLIB 就代表定义了__MICROLIB 这个宏。
333 行到 335 行	如果定义__MICROLIB， 声明__initial_sp、 __heap_base 和__heap_limit 这三个标号具有全局属性，可被外部的文件使用。 __initial_sp 表示栈顶地址， __heap_base 表示堆起始地址， __heap_limit 表示堆结束地址。
337 行	没有定义__MICROLIB，实际的情况就是我们没有定义__MICROLIB，所以使用默认的 C 库运行。 堆栈的初始化由 C 库函数__main 来完成。
339 行	IMPORT 声明__use_two_region_memory 标号来自外部文件。
340 行	EXPORT 声明__user_initial_stackheap 具有全局属性，可被外部的文件使用。
342 行	标号__user_initial_stackheap，表示用户堆栈初始化程序入口。 接下来进行堆栈空间初始化，堆是从低到高生长，栈是从高到低生长，是两个互相独立的数据段，并且不能交叉使用。
344 行	保存堆起始地址。
345 行	保存栈大小。
346 行	保存堆大小。
347 行	保存栈顶指针。
348 行	跳转到 LR 标号给出的地址，不用返回。
354 行	END 表示到达文件的末尾，文件结束。

■ Use MicroLIB

MicroLIB 是 MDK 自带的微库，是缺省 C 库的备选库， MicroLIB 进行了高度优化使得
其代码变得很小，功能比缺省 C 库少。
MicroLIB 是没有源码的，只有库。
关于 MicroLIB 更多知识可以看官方介绍 http://www.keil.com/arm/microlib.asp 。

■ 系统启动流程

Cortex-M3内核复位后的起始地址和中断向量表的位置可以被重映射。充映射的方法是通过启动模式的
选择， 有以下 3 种情况:
1、 通过 boot 引脚设置可以将中断向量表定位于 SRAM 区，即起始地址为 0x2000000，同时复位后 PC 指针位于 0x2000000 处；
2、 通过 boot 引脚设置可以将中断向量表定位于 FLASH 区，即起始地址为 0x8000000，同时复位后 PC 指针位于 0x8000000 处；
3、 通过 boot 引脚设置可以将中断向量表定位于内置 Bootloader 区，本文不对这种情况做论述。

Cortex-M3 内核规定，**起始地址必须存放堆顶指针，而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址，**这样在 Cortex-M3 内核复位后，会自动从起始地址的下一个 32 位空间取出复位中断入口向量，跳转执行复位中断服务程序。

Cortex-M3 权威指南(中文)

■ 代码下载到内部 FLASH 的情况举例，即代码从地址 0x0800 0000 开始被执行分析

复位方式有三种：上电复位，硬件复位和软件复位当产生复位，并且离开 复位状态后，

■ 1.CM3 内核做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：

（1）从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址。
（2）从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向复位后执行的第一条指令。 下面用示意图表示

■ 2.MSP 和 PC

例如：

CM3内核是小端模式，所以倒着读。
0x08000000 的值是 0x20000788 堆栈指针 SP = 0x20000788
0x08000004 的值是 0x080001CD 程序计数器指针 PC = 0x080001CD

■ 3.代码从地址 0x0800 0000 开始被执行，讲解一下系统启动，初始化堆栈、 MSP 和 PC 后的内存情况。

ARM 规定： PC最低两位并不表示真实地址，最低位 LSB 用于表示是 ARM 指令（ 0）还是 Thumb 指令（ 1）