STM32启动文件

一、复位电路

在了解启动文件之前需要明白STM32的复位中断流程，STM32的复位分为上电复位和手动复位，复位的电路图如下所示：

注意： 图中的复位电路是低电平复位，有的MCU是高电平复位。

• 上电复位：顾名思义，上电复位就是STM32通电时，硬件自动复位的过程。从复位电路中可知，当芯片刚通电时电容两端没离子存在，所以处于充电过程，此时复位引脚等同于接地，这一过程成为上电复位。

• 手动复位：手动复位是通过按键强行将复位引脚拉低，使芯片产生复位中断。

二、启动文件分析准备

1. STM32的启动文件后缀是".s"的文件，打开项目是可以看到项目中有一个startup_stm32f103xb.s的文件，如下图所示：
   
   打开文件后可以很清晰的看到STM32的启动流程，不过这里需要一些简单的汇编知识。没学过汇编的小伙伴也不用怕，我们只需要简单的分析即可，这里只分析流程不进行汇编指令的编写。
   

2. 启动文件中常用的汇编指令

   指令	作用
   EQU	定义字符常量，相当于C语言的 define
   AREA	汇编一个新的代码段或数据段
   SPACE	分配内存空间
   PRESERVE8	当前文件堆栈需按照 8 字节对其
   EXPORT	声明全局属性，可被外部文件使用
   DCD	以字为单位分配内存，要求4字节对齐，并初始化这些内存
   PROC	定义子程序，与 ENOP 成对使用，表示子程序结束
   WEAK	弱定义，如果外部文件声明了一个标号，则优先使用外部文件定义的标号，如果外部文件没有定义，则使用当前位置的标号
   IMPORT	声明标号来自外部文件，跟 C 语言中的 EXTERN 关键字类似
   B	跳转到一个标号
   END	到达文件的末尾，文件结束
   IF，ELSE，ENDIF	汇编条件分支语句
   LDR	从存储器中加载字到一个寄存器中
   BL	跳转到由寄存器/标号给出的地址，并把跳转前的下条指令地址保存到 LR
   BLX	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
   BX	跳转到由寄存器/标号给出的地址，不用返回

   注意： ALIGN是编译器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。需要注意的是：这个不是ARM的指令，是编译器的

3. 启动流程
   （1） 硬件上电复位。
   （2） 初始化指针 SP=_initial_sp 和 PC == Reset_Handler。
   （3） 执行复位中断服务程序。

三、启动文件的作用

1. 初始化堆栈指针SP；
2. 初始化程序计数器指针 PC；
3. 设置堆、栈的大小；
4. 设置异常向量表的入口；
5. 配置外部SRAM作为数据存储器（这个由用户配置，一般的开发板没有外部SRAM）
6. 设置C库的分支入口__main（最终调用mian函数）
7. 使用库函数项目时，启动文件还调用了SystemInit函数配置系统时钟。

四、启动代码详解

1. 开辟栈（stack）空间，用于局部变量、函数调用、函数的参数等使用。栈的大小不能超过内部SRAM大小。

   Stack_Size		EQU     0x400
   
           AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
   __initial_sp
   

   • EQU：表示宏定义的伪指令，伪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。0x400表示栈大小，注意这里是以字节为单位。
   • AREA：开辟一段可读写的数据空间，段名为stack，按照 8 字节对齐。AREA后面的关键字表示这个段的属性。
     （1） STACK：表示这个段的名字，可以任意命名。
     （2） NOINIT：表示此数据段不需要填入初始化数据。
     （3） READWRITE：表示此段可读写。
     （4） 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。
   • SPACE 这行指令告诉汇编器给STACK段分配0x400字节的连续内存空间。
   • __initial_sp紧挨SPACE放置，表示栈的结束机制，栈是从高往低使用，所以结束地址就是栈顶地址。

2. 开辟堆（heap）空间，主要用于动态内存分配，也就是malloc、calloc、realloc等函数分配的变量空间是在堆上。

   Heap_Size      EQU     0x200
   
           AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
   __heap_base
   Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
   __heap_limit
   

   • __heap_base：表示堆的开始地址
   • __heap_limit：表示堆的结束地址

3. 文件属性定义

   PRESERVE8
   THUMB
   
       ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
   AREA    RESET, DATA, READONLY
   EXPORT  __Vectors
   EXPORT  __Vectors_End
   EXPORT  __Vectors_Size
   

   • PRESERVE8：指定当前文件保持堆栈 8 字节对齐
   • THUMB：表示后面的指令是 THUMB 指令集，CM4 采用的是 THUMB - 2指令集
   • AREA：定义一块代码段，只读，段名是RESET。READONLY表示只读，缺省就表示代码段了
   • EXPORT：语句将3个标号声明为可被外部引用，主要提供给连接器用于连接库文件或其他文件

4. 中断向量表

   __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
               DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
               DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
               DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
               DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
               DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1_2
               DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
               DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
               DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
               DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
               DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
               DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
               DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
               DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
               DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
               DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
               DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
               DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
               DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
               DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
               DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
               DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
               DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
               DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
               DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
               DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
               DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
               DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
               DCD     RTC_Alarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
               DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
   __Vectors_End
   __Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors
   

   • __Vectors：为向量表其实地址
   • __Vectors_End：为向量表结束地址
   • __Vectors_Size：为向量表的大小。
   • DCD：表示分配1个4字节的空间。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（也就是中断实践）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。

5. 定义可读代码段

   AREA    |.text|, CODE, READONLY
   

   • AREA：定义一个名为.test的可读代码段

6. 复位程序

   ; Reset handler
   Reset_Handler    PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
   IMPORT  __main
   IMPORT  SystemInit
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP
   

   • 复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用SystemInit()函数初始化系统时钟，然后调用C库函数__main。

7. 中断复位子程序

   ; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
   
   NMI_Handler     PROC
                   EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   HardFault_Handler\
                   PROC
                   EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   MemManage_Handler\
                   PROC
                   EXPORT  MemManage_Handler          [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   BusFault_Handler\
                   PROC
                   EXPORT  BusFault_Handler           [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   UsageFault_Handler\
                   PROC
                   EXPORT  UsageFault_Handler         [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   SVC_Handler     PROC
                   EXPORT  SVC_Handler                [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   DebugMon_Handler\
                   PROC
                   EXPORT  DebugMon_Handler           [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   PendSV_Handler  PROC
                   EXPORT  PendSV_Handler             [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   SysTick_Handler PROC
                   EXPORT  SysTick_Handler            [WEAK]
                   B       .
                   ENDP
   
   Default_Handler PROC
   
                   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]
                   EXPORT  EXTI1_IRQHandler           [WEAK]
                   EXPORT  EXTI2_IRQHandler           [WEAK]
                   EXPORT  EXTI3_IRQHandler           [WEAK]
                   EXPORT  EXTI4_IRQHandler           [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel1_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel2_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel3_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel4_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel5_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel6_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  DMA1_Channel7_IRQHandler   [WEAK]
                   EXPORT  ADC1_2_IRQHandler          [WEAK]
                   EXPORT  USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  [WEAK]
                   EXPORT  USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
                   EXPORT  CAN1_RX1_IRQHandler        [WEAK]
                   EXPORT  CAN1_SCE_IRQHandler        [WEAK]
                   EXPORT  EXTI9_5_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  TIM1_BRK_IRQHandler        [WEAK]
                   EXPORT  TIM1_UP_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  TIM1_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
                   EXPORT  TIM1_CC_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  TIM2_IRQHandler            [WEAK]
                   EXPORT  TIM3_IRQHandler            [WEAK]
                   EXPORT  TIM4_IRQHandler            [WEAK]
                   EXPORT  I2C1_EV_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  I2C1_ER_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  I2C2_EV_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  I2C2_ER_IRQHandler         [WEAK]
                   EXPORT  SPI1_IRQHandler            [WEAK]
                   EXPORT  SPI2_IRQHandler            [WEAK]
                   EXPORT  USART1_IRQHandler          [WEAK]
                   EXPORT  USART2_IRQHandler          [WEAK]
                   EXPORT  USART3_IRQHandler          [WEAK]
                   EXPORT  EXTI15_10_IRQHandler       [WEAK]
                   EXPORT  RTC_Alarm_IRQHandler        [WEAK]
                   EXPORT  USBWakeUp_IRQHandler       [WEAK]
   
   WWDG_IRQHandler
   PVD_IRQHandler
   TAMPER_IRQHandler
   RTC_IRQHandler
   FLASH_IRQHandler
   RCC_IRQHandler
   EXTI0_IRQHandler
   EXTI1_IRQHandler
   EXTI2_IRQHandler
   EXTI3_IRQHandler
   EXTI4_IRQHandler
   DMA1_Channel1_IRQHandler
   DMA1_Channel2_IRQHandler
   DMA1_Channel3_IRQHandler
   DMA1_Channel4_IRQHandler
   DMA1_Channel5_IRQHandler
   DMA1_Channel6_IRQHandler
   DMA1_Channel7_IRQHandler
   ADC1_2_IRQHandler
   USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
   USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
   CAN1_RX1_IRQHandler
   CAN1_SCE_IRQHandler
   EXTI9_5_IRQHandler
   TIM1_BRK_IRQHandler
   TIM1_UP_IRQHandler
   TIM1_TRG_COM_IRQHandler
   TIM1_CC_IRQHandler
   TIM2_IRQHandler
   TIM3_IRQHandler
   TIM4_IRQHandler
   I2C1_EV_IRQHandler
   I2C1_ER_IRQHandler
   I2C2_EV_IRQHandler
   I2C2_ER_IRQHandler
   SPI1_IRQHandler
   SPI2_IRQHandler
   USART1_IRQHandler
   USART2_IRQHandler
   USART3_IRQHandler
   EXTI15_10_IRQHandler
   RTC_Alarm_IRQHandler
   USBWakeUp_IRQHandler
   
                   B       .
   
                   ENDP
   
   

   • WEAK：如果外部文件中定义了此中断函数，优先使用外部文件中的中断函数，反之使用当前中断函数。
   • "."：表示无限循环
   • 如果我们在使用某个外设的时候，开启了某个中断，但是又忘记编写配套的中断服务程序需或者函数名写错时，当相应的中断产生时，程序就会跳转到启动文件预先写好的空中断函数中，并且在这个空函数中无限循环，即程序就死在这里。

8. 用户堆栈初始化

                  ALIGN
   
   ;*******************************************************************************
   ; User Stack and Heap initialization
   ;*******************************************************************************
                    IF      :DEF:__MICROLIB           
               
                    EXPORT  __initial_sp
                    EXPORT  __heap_base
                    EXPORT  __heap_limit
                   
                    ELSE
               
                    IMPORT  __use_two_region_memory
                    EXPORT  __user_initial_stackheap
                
   __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
   
                    ALIGN
   
                    ENDIF
   
                    END
   

   • ALIGN：对指令或者数据存放的地址进行对齐，后面会跟一个立即数。缺省表示4字节对齐。
   • __user_initial_stackheap：初始化栈和堆（使用默认C库时，由__main函数进行调用）
   • 如果使用微库时，调用__MICROLIB部分的程序，反之使用默认的C库，然后初始化用户堆栈大小。微库的使用如下图所示：
     

参考文献

STM32启动文件————startup_stm32f10x_hd.s：https://wenku.baidu.com/view/3275eee00ba1284ac850ad02de80d4d8d15a0198.html