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说明:本文是杰杰以前保存下来的,出处已经不知道在哪了,应该是各大论坛中,当然转这种文章,到处都有。今天我就把它重写一遍。基于原作者的内容添加一些内容(源码)讲解。杰杰水平有限,出错在所难免,还望各位大神指点一二。
startup_stm32f10x_cl.s
互联型的STM32F105xx,STM32F107xx
startup_stm32f10x_hd.s 大容量的STM32F101xx,STM32F102xx,STM32F103xx
startup_stm32f10x_hd_vl.s 大容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_ld.s 小容量的STM32F101xx,STM32F102xx,STM32F103xx
startup_stm32f10x_ld_vl.s 小容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_md.s 中容量的STM32F101xx,STM32F102xx,STM32F103xx
startup_stm32f10x_md_vl.s 中容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_xl.s 超大容量FLASH在512K到1024K字节的STM32F101xx,STM32F102xx,STM32F103xx
选择启动文件
建立中断服务入口地址,即把中断向量与中断服务函数链接起来。
我们知道在串口NVIC配置中我们只定义了个 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
也就是中断服务向量,再然后我们在stm32f10x_it.c文件的void USART2_IRQHandler(void){} 函数里添加串口的服务程序。
但是mcu怎么知道中断向量USART2_IRQn对应的是USART2_IRQHandler(){}呢,这个就是启动文件所起的作用。
启动文件定义了Stack_Size & Heap_Size
__user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
LDR R3, = Stack_Mem
BX LR
无论性能高下,结构简繁,价格贵贱,每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件,启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51,AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件,但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件,不需要开发人员再行干预启动过程,只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。
关于“启动模式”
话题转到STM32微控制器,无论是keil uvision4还是IAR EWARM开发环境,ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件,程序开发人员可以直接引用启动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器平台跳转至STM32平台,也降低了适应STM32微控制器的难度(对于上一代ARM的当家花旦ARM9,启动文件往往是第一道难啃却又无法逾越的坎)。 相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动,即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC =0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有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。对比ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。
细说STM32的启动过程
下面就从ST的启动文件说起,由于库中的startup_stm32f10x_hd.s与编译环境有关,所以针对的是库中的
STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\TrueSTUDIO路径下的文件进行分析。
startup_stm32f10x_hd.s: 第147到155行
在进入main函数之前,我们要进行系统初始化:SystemInit
system_stm32f10x.c:
SystemInit():在"startup_stm32f10x_xx.s"文件中被调用,功能是设置系统时钟(包括时钟源,PLL系数,AHB/APBx的预分频系数还有 flash的设定),这个函数会在系统复位之后首先被执行。文件中默认的一些设置:允许HSE(外部时钟),FLASH(允许预取缓冲区,设置2个等待周 期),PLL系数为9,开启PLL并选择PLL输出作为时钟源(SYSCLK),后续设置SYSCLK = HCLK = APB2 = 72MHz,APB1 = HCLK/2 = 36MHz,HCLK即AHB的时钟。
SystemCoreClockUpdate():在系统时钟HCLK变化的时候调用,以更新一个全局变量SystemCoreClock,这个变量可以为应用程序使用,必须保证正确。默认不调用这个函数,因为SystemCoreClock默认被设置为设定的频率了(72MHz)
另外,下面这种设置寄存器的方法值得借鉴,先用位名清除相应的位,再进行设置,例如:
#define RCC_CFGR_PLLSRC ((uint32_t)0x00010000) /*!< PLL entry clock source */
#define RCC_CFGR_PLLXTPRE ((uint32_t)0x00020000) /*!< HSE divider for PLL entry */
#define RCC_CFGR_PLLMULL ((uint32_t)0x003C0000) /*!< PLLMUL[3:0] bits (PLL multiplication factor) */
#define RCC_CFGR_PLLSRC_HSE ((uint32_t)0x00010000) /*!< HSE clock selected as PLL entry clock source */
#define RCC_CFGR_PLLMULL9 ((uint32_t)0x001C0000) /*!< PLL input clock*9 */
/* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
接着定义了Default_Handler 很多中断服务函数
一些是系统的,
还有一些我们用到的
weak USART1_IRQHandler
.thumb_set USART1_IRQHandler,Default_Handler
它给中断处理函数提供了弱(weak)别名(Default_Handler),如果不重写,中断了默认执行Default_Handler,如果重写了,因为是弱别名,所以会被你写的同名函数覆盖。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
最后定义了一个中断向量表的段(.section .isr_vector,"a",%progbits),这个表将会放置在0x0000 0000那里,第二个字(0x0000 0004)是复位向量,复位之后从这地址所指的函数执行。
那么,如何保证.isr_vector这个段将放在flash的最开始(0x08000000)呢?这就需要链接脚本了,即我们用的那个stm32_flash.ld文件了,查看一下就知道了,里面先定义了堆栈的地址:
_estack
/* Highest address of the user mode stack */
_estack = 0x20005000; /* end of 20K RAM */
接着定义了堆和栈的大小:
/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0; /* required amount of heap */
_Min_Stack_Size = 0x100; /* required amount of stack */
接着声明了各个内存的区域(定义了几个代表某个线性空间的名字,如下面的FLASH):
/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K
RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
MEMORY_B1 (rx) : ORIGIN = 0x60000000, LENGTH = 0K }
接着下面再介绍上面这三个名字里面都放了什么东西,首先是FLASH的:
/* Define output sections */
SECTIONS
{
/* The startup code goes first into FLASH */
.isr_vector :
{
. = ALIGN(4); KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
. = ALIGN(4); } >FLASH
/* The program code and other data goes into FLASH */
.text :
{
. = ALIGN(4); *(.text) /* .text sections (code) */
*(.text*) /* .text* sections (code) */
*(.rodata) /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
*(.rodata*) /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
*(.glue_7) /* glue arm to thumb code */
*(.glue_7t) /* glue thumb to arm code */
KEEP (*(.init))
KEEP (*(.fini))
. = ALIGN(4); _etext = .; /* define a global symbols at end of code */
} >FLASH
在 startup_stm32f10x_hd.s: 中
可以看到startup_stm32f10x_hd.s: 中定义的这个段_vector确实放在了最开头的位置。
但是我们前面说复位向量在0x0000 0004,现在其地址是在flash中,所以地址是0x0800 0004,这个怎么回事呢?原来,stm32可以通过boot0、boot1引脚的配置将flash映射到0x0000 0000处。具体可参考stm32的用户手册2.4节。
从主闪存存储器启动(BOOT0 = 0,BOOT1 = X):主闪存存储器被映射到启动空间(0x0000 0000),但仍然能够在它原有的地址(0x0800 0000)访问它,即闪存存储器的内容可以在两个地址区域访问,0x0000 0000或0x0800 0000。
至此,整个STM32的启动过程以及程序结构都可以比较清晰了。
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选择启动文件
建立中断服务入口地址,即把中断向量与中断服务函数链接起来。
我们知道在串口NVIC配置中我们只定义了个 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
也就是中断服务向量,再然后我们在stm32f10x_it.c文件的void USART2_IRQHandler(void){} 函数里添加串口的服务程序。
但是mcu怎么知道中断向量USART2_IRQn对应的是USART2_IRQHandler(){}呢,这个就是启动文件所起的作用。
启动文件定义了Stack_Size & Heap_Size
__user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
LDR R3, = Stack_Mem
BX LR
- Stack_Size EQU 0x00000400
- AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
- Stack_Mem SPACE Stack_Size
- __initial_sp
- ; <h> Heap Configuration
- ; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
- ; </h>
- Heap_Size EQU 0x00000200
- AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
- __heap_base
- Heap_Mem SPACE Heap_Size
-
__heap_limit
无论性能高下,结构简繁,价格贵贱,每一种微控制器(处理器)都必须有启动文件,启动文件的作用便是负责执行微控制器从“复位”到“开始执行main函数”中间这段时间(称为启动过程)所必须进行的工作。最为常见的51,AVR或MSP430等微控制器当然也有对应启动文件,但开发环境往往自动完整地提供了这个启动文件,不需要开发人员再行干预启动过程,只需要从main函数开始进行应用程序的设计即可。
关于“启动模式”
话题转到STM32微控制器,无论是keil uvision4还是IAR EWARM开发环境,ST公司都提供了现成的直接可用的启动文件,程序开发人员可以直接引用启动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器平台跳转至STM32平台,也降低了适应STM32微控制器的难度(对于上一代ARM的当家花旦ARM9,启动文件往往是第一道难啃却又无法逾越的坎)。 相对于ARM上一代的主流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的启动方式有了比较大的变化。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的绝对地址0x000000取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动,即固定了复位后的起始地址为0x000000(PC =0x000000)同时中断向量表的位置并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有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。对比ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中断向量表的位置而起始地址是可变化的。
细说STM32的启动过程
下面就从ST的启动文件说起,由于库中的startup_stm32f10x_hd.s与编译环境有关,所以针对的是库中的
STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\startup\TrueSTUDIO路径下的文件进行分析。
startup_stm32f10x_hd.s: 第147到155行
- Reset_Handler PROC
- EXPORT Reset_Handler [WEAK]
- IMPORT __main
- IMPORT SystemInit
- LDR R0, =SystemInit
- BLX R0
- LDR R0, =__main
- BX R0
-
ENDP
在进入main函数之前,我们要进行系统初始化:SystemInit
system_stm32f10x.c:
SystemInit():在"startup_stm32f10x_xx.s"文件中被调用,功能是设置系统时钟(包括时钟源,PLL系数,AHB/APBx的预分频系数还有 flash的设定),这个函数会在系统复位之后首先被执行。文件中默认的一些设置:允许HSE(外部时钟),FLASH(允许预取缓冲区,设置2个等待周 期),PLL系数为9,开启PLL并选择PLL输出作为时钟源(SYSCLK),后续设置SYSCLK = HCLK = APB2 = 72MHz,APB1 = HCLK/2 = 36MHz,HCLK即AHB的时钟。
SystemCoreClockUpdate():在系统时钟HCLK变化的时候调用,以更新一个全局变量SystemCoreClock,这个变量可以为应用程序使用,必须保证正确。默认不调用这个函数,因为SystemCoreClock默认被设置为设定的频率了(72MHz)
另外,下面这种设置寄存器的方法值得借鉴,先用位名清除相应的位,再进行设置,例如:
#define RCC_CFGR_PLLSRC ((uint32_t)0x00010000) /*!< PLL entry clock source */
#define RCC_CFGR_PLLXTPRE ((uint32_t)0x00020000) /*!< HSE divider for PLL entry */
#define RCC_CFGR_PLLMULL ((uint32_t)0x003C0000) /*!< PLLMUL[3:0] bits (PLL multiplication factor) */
#define RCC_CFGR_PLLSRC_HSE ((uint32_t)0x00010000) /*!< HSE clock selected as PLL entry clock source */
#define RCC_CFGR_PLLMULL9 ((uint32_t)0x001C0000) /*!< PLL input clock*9 */
/* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
接着定义了Default_Handler 很多中断服务函数
一些是系统的,
还有一些我们用到的
- __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
- DCD Reset_Handler ; Reset Handler
- DCD NMI_Handler ; NMI Handler
- DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
- DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
- DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler
- DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
- DCD 0 ; Reserved
- DCD 0 ; Reserved
- DCD 0 ; Reserved
- DCD 0 ; Reserved
- DCD SVC_Handler ; SVCall Handler
- DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler
- DCD 0 ; Reserved
- DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler
- DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
- ; External Interrupts
- DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog
- DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect
- DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper
- DCD RTC_IRQHandler ; RTC
- DCD FLASH_IRQHandler ; Flash
- DCD RCC_IRQHandler ; RCC
- DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0
- DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1
- DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2
- DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3
- DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4
- DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ; DMA1 Channel 1
- DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ; DMA1 Channel 2
- DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ; DMA1 Channel 3
-
/*** 很多 不一一列举 ***/
weak USART1_IRQHandler
.thumb_set USART1_IRQHandler,Default_Handler
它给中断处理函数提供了弱(weak)别名(Default_Handler),如果不重写,中断了默认执行Default_Handler,如果重写了,因为是弱别名,所以会被你写的同名函数覆盖。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
最后定义了一个中断向量表的段(.section .isr_vector,"a",%progbits),这个表将会放置在0x0000 0000那里,第二个字(0x0000 0004)是复位向量,复位之后从这地址所指的函数执行。
那么,如何保证.isr_vector这个段将放在flash的最开始(0x08000000)呢?这就需要链接脚本了,即我们用的那个stm32_flash.ld文件了,查看一下就知道了,里面先定义了堆栈的地址:
_estack
/* Highest address of the user mode stack */
_estack = 0x20005000; /* end of 20K RAM */
接着定义了堆和栈的大小:
/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0; /* required amount of heap */
_Min_Stack_Size = 0x100; /* required amount of stack */
接着声明了各个内存的区域(定义了几个代表某个线性空间的名字,如下面的FLASH):
/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K
RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
MEMORY_B1 (rx) : ORIGIN = 0x60000000, LENGTH = 0K }
接着下面再介绍上面这三个名字里面都放了什么东西,首先是FLASH的:
/* Define output sections */
SECTIONS
{
/* The startup code goes first into FLASH */
.isr_vector :
{
. = ALIGN(4); KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
. = ALIGN(4); } >FLASH
/* The program code and other data goes into FLASH */
.text :
{
. = ALIGN(4); *(.text) /* .text sections (code) */
*(.text*) /* .text* sections (code) */
*(.rodata) /* .rodata sections (constants, strings, etc.) */
*(.rodata*) /* .rodata* sections (constants, strings, etc.) */
*(.glue_7) /* glue arm to thumb code */
*(.glue_7t) /* glue thumb to arm code */
KEEP (*(.init))
KEEP (*(.fini))
. = ALIGN(4); _etext = .; /* define a global symbols at end of code */
} >FLASH
在 startup_stm32f10x_hd.s: 中
- EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT TAMPER_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT RTC_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]
- EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]
可以看到startup_stm32f10x_hd.s: 中定义的这个段_vector确实放在了最开头的位置。
但是我们前面说复位向量在0x0000 0004,现在其地址是在flash中,所以地址是0x0800 0004,这个怎么回事呢?原来,stm32可以通过boot0、boot1引脚的配置将flash映射到0x0000 0000处。具体可参考stm32的用户手册2.4节。
从主闪存存储器启动(BOOT0 = 0,BOOT1 = X):主闪存存储器被映射到启动空间(0x0000 0000),但仍然能够在它原有的地址(0x0800 0000)访问它,即闪存存储器的内容可以在两个地址区域访问,0x0000 0000或0x0800 0000。
至此,整个STM32的启动过程以及程序结构都可以比较清晰了。
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