STM32学习笔记1——启动

0x00 Reference

Cortex-M3/M4芯片启动流程概括_cortex-m4 mcu的启动与初始化过程-CSDN博客

01.一探究竟STM32的三种启动模式_stm32启动模式-CSDN博客

0x01 加载中断向量表

stm32基于ARM cortex-m3 内核设计，所以先来看cm3内核的启动流程

cm3内核在上电 or 复位之后会先做两件事

1. 去0x00000000的地址读取MSP寄存器的初始值（MSP就是栈顶指针，这里就是将栈的初始地址赋给MSP，让内核找到栈的位置，在之后的启动流程中可能遇到）
2. 去0x00000004的地址读取PC寄存器的初始值——Reset中断处理函数的地址（PC寄存器就是指向当前程序的地址，CPU就是不停地从PC中取址然后执行）

在PC获取到初始值之后，CPU就会跳转到PC所指的Reset中断服务函数开始执行程序

OK，这里有一个问题为什么0x00000000的地址一定是MSP的初始值，0x00000004的地址一定是PC寄存器的初始值呢？这是因为CM3内核规定了中断向量表的结构，并且规定了向量表存放的地址一定是0x00000000。可以看到向量表的前两位分别是MSP的初始值和复位中断处理函数的地址

另外一个问题是，为什么在STM32上刷写程序是写入到0x08000000，而不是0x00000000呢？这是因为ST公司在设置STM32时为了灵活性，设计了一个硬件电路，这个电路会根据BOOT0和BOOT1的选择不同而将不同的地址映射到0x00000000

打个比方，当boot0:boot1 = 0:0 时，CPU上电去0x00000000的地址读取中断向量表，而该地址已经被硬件电路重新映射到了0x08000000了，对于CPU来说，它认为它读取的地址是0x00000000，而它实际读取的内容是来自0x08000000的flash中的数据

STM32 的三种启动方式

• 第一种方式(boot0 = 0)：Flash memory启动方式
  启动地址：0x08000000 是STM32内置的Flash，一般我们使用JTAG或者SWD模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。基本上都是采用这种模式。
• 第二种方式(boot0 = 1；boot1 = 0)：System memory启动方式
  启动地址：0x1FFF0000从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。一般来说，这种启动方式用的比较少。系统存储器是芯片内部一块特定的区域，STM32在出厂时，由ST在这个区域内部预置了一段BootLoader， 也就是我们常说的ISP程序， 这是一块ROM，出厂后无法修改。一般来说，我们选用这种启动模式时，是为了从串口下载程序，因为在厂家提供的BootLoader 中，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个BootLoader将程序下载到系统的Flash中。
• 第三种方式(boot0 = 1;boot1 = 1)：SRAM启动方式。
  启动地址：0x20000000 内置SRAM，既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。假如我只修改了代码中一个小小的 地方，然后就需要重新擦除整个Flash，比较的费时，可以考虑从这个模式启动代码（也就是STM32的内存中），用于快速的程序调试，等程序调试完成后，在将程序下载到SRAM中。

0x02 Reset 中断服务函数

前面说到cm3复位后会跳转到Reset中断服务函数，那这个函数在哪呢？

在写stm32的程序时，会有一个startup_xxxx.s的启动文件，使用stm32cubeMX会自动根据编译器的不同生成不同的启动文件。

为什么不同编译器的启动文件不同呢？

首先，启动文件使用的是汇编语言，虽然针对同一个指令集，理论上来说其汇编语言也是相同的，但是由于其汇编器的不同，因此在汇编语言的细节上也有差异，针对GNU的编译器的启动文件在ARMCC编译器可能就编译不了了，所以针对不同的编译器所使用的启动文件也就不同了

/**
 * @brief  This is the code that gets called when the processor first
 *          starts execution following a reset event. Only the absolutely
 *          necessary set is performed, after which the application
 *          supplied main() routine is called.
 * @param  None
 * @retval : None
*/

  .section .text.Reset_Handler
  .weak Reset_Handler
  .type Reset_Handler, %function
Reset_Handler:

/* Call the clock system initialization function.*/
    bl  SystemInit

/* Copy the data segment initializers from flash to SRAM */
  ldr r0, =_sdata
  ldr r1, =_edata
  ldr r2, =_sidata
  movs r3, #0
  b LoopCopyDataInit

CopyDataInit:
  ldr r4, [r2, r3]
  str r4, [r0, r3]
  adds r3, r3, #4

LoopCopyDataInit:
  adds r4, r0, r3
  cmp r4, r1
  bcc CopyDataInit
  
/* Zero fill the bss segment. */
  ldr r2, =_sbss
  ldr r4, =_ebss
  movs r3, #0
  b LoopFillZerobss

FillZerobss:
  str  r3, [r2]
  adds r2, r2, #4

LoopFillZerobss:
  cmp r2, r4
  bcc FillZerobss

/* Call static constructors */
    bl __libc_init_array
/* Call the application's entry point.*/
  bl main
  bx lr
.size Reset_Handler, .-Reset_Handler

这是一个使用GCC编译器的Reset_Handler，由STM32cubeMX自动生成，主要做了如下的事情

• 调用SystemInit来初始化系统。
• 将初始化数据从Flash复制到RAM。
• 清零BSS段（未初始化数据段）。
• 调用__libc_init_array来执行C库的构造函数。
• 调用main函数，这是C程序开始执行的地方。

这里有两个值得注意的地方，首先是SystemInit，如果定义了DATA_IN_ExtSRAM，则会初始化外部SRAM，启动FSMC控制器；而如果定义了USER_VECT_TAB_ADDRESS，则会重定向 向量表

void SystemInit (void)
{
#if defined(STM32F100xE) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
    SystemInit_ExtMemCtl(); 
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif 

  /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
#if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
  SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */
}

另外一个值得注意的是，使用GNU工具链，需要调用__libc_init_array来初始化C库（newlib），而使用ARMCC编译器生成的启动文件中却没有这一步。

在执行完Reset_Handler后，程序就会跳转到main函数开始执行用户程序了