STM32启动文件

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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。

注意：

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

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。

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

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

初始化堆栈指针SP；
初始化程序计数器指针 PC；
设置堆、栈的大小；
设置异常向量表的入口；
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）
设置C库的分支入口__main（最终调用mian函数）
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

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。
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
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

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。

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

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。

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。

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