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STM32加电启动的具体过程是怎样的？

829 STM32

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2021-11-29 06:57:08　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 50 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 44 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 42 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 41 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 40 个回答。邀请回答 hjfjsdgfjdsf 该类别下有 37 个回答。邀请回答 fdjslkjd 该类别下有 35 个回答。邀请回答 uvysdfydad 该类别下有 35 个回答。邀请回答 werywer 该类别下有 35 个回答。邀请回答 h1654155957.9520 该类别下有 35 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 34 个回答。邀请回答 dfzvzs 该类别下有 34 个回答。邀请回答维生素B2 该类别下有 34 个回答。邀请回答凤毛麟角该类别下有 34 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 33 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 33 个回答。邀请回答刘洋该类别下有 33 个回答。邀请回答 meihuacg 该类别下有 33 个回答。邀请回答储蓄叛逆该类别下有 32 个回答。邀请回答尼克wo 该类别下有 32 个回答。邀请回答举报摩托罗拉相关推荐 • STM32整个启动过程是怎样的 1645 • STM32串口接收具体的配置过程是怎样的 1030 • STM32的启动过程是怎样的？ 965 • 请问stm32启动过程是怎样的？ 1131 • STM32单片机是如何进行启动的 854 • 解析STM32的启动过程 1322 • 配置USART具体实现过程是怎样？ 716 • STM32H7是怎样启动的 1320 • RK3188 从上电开始到启动内核为止的过程是怎样去完成的 1632 • STM32上电之后的启动流程是如何去完成的 1419 1个回答

近段时间由于在做ucos-iii的移植，所以就顺便了解下STM32的启动过程。经过查阅各种官方文献和对代码进行单步跟踪，详细地叙述了STM32加电启动的具体过程。对于关键性的语句都指明了出处。下面将学习成果分享给大家，由于笔者知识有限，不当之处敬请指出。
      为了更好的说明问题，先来看STM32的内存映射（以STM32L1xx为例）
      由于固定的内存映射，代码区（code area）从0x00000000开始，通过指令总线（ICode Bus）和数据总线（DCode Bus）访问。数据区（SRAM）从0x20000000开始，通过系统总线（System Bus）访问。Cortex™-M3 CPU总是通过指令总线（ICode Bus）取得复位向量，这就意味着启动空间（boot space）只能处于代码区（code area），典型的就是Flash。STM32系列使用了一种特殊的机制，能够从代码区以外的区域启动（如，内部的SRAM）。（《cortex-m3编程指南》）
      这就意味着，STM32系列可以有3种启动模式，由BOOT1与BOOT0的设置决定选择Flash、System memory还是SRAM作为启动空间（boot space）。

      STM32把从0x00000000到0x0005FFFF的区域作为启动空间（boot space）的别名区。

从上面两个表中可以看出：
当从主闪存（Main Flash memory）启动时，启动空间别名区映射到Flash。
当从系统内存（System memory）启动时，启动空间别名区映射到System memory。
当从内部SRAM（Embedded SRAM）启动时，启动空间别名区映射到SRAM。
注：默认是这样的映射关系，但上述的映射关系启动后可以由软件修改（通过修改SYSCFG启动器的MEM_MODE位域）。

这样，Flash、System memory和SRAM分别可以从别名区和原始地址处访问。
Flash:访问地址为0x00000000或0x08000000
System memory:访问地址为0x00000000或0x1FF00000
SRAM：启动时地址为0x00000000或0x20000000（STM32Fxx的参考手册上说，启动后只能在0x20000000开始访问，即启动后这个映射消失，需要重定位中断向量表，这是特例）
System memory内置了ST提供的boot loader，可以通过该boot loader下载程序到Flash中。
用户程序实际只能存储在Flash中，且能在Flash和SRAM中执行（因为cortex-m3核采用哈佛结构，代码可直接在Flash运行，冯•诺依曼结构则必须将代码拷贝至RAM运行）。
Flash就像是电脑的硬盘，用于存储代码。
System memory就像是电脑的ROM，里面的程序有芯片厂商写好，用户不可改写。
SRAM就像是电脑的内存，里面的数据都是动态的，掉电就丢失的，用于建立堆栈等。
对于用户代码来说，只需要考虑从Flash启动和从SRAM启动两种情况。
了解上述映射关系之后，就可以讨论中断向量表了。
Cortex-m3核的中断向量表是不变的（中断向量表每一项为4个字节，中断向量表的第一项：栈顶，中断向量表的第二项：复位向量……，中断向量表每项内容可以看官方的启动文件，或者查看相关的手册），只需要用户设定表头的地址。
默认情况下，从Flash启动，中断向量表从Flash的起始地址（0x08000000）开始存放。同时映射到0x00000000处。向量表偏移寄存器（VTOR)的值为0x00000000（实际映射到0x08000000）。
若从SRAM启动，中断向量表还是存放在Flash中（Flash才能固化存储，SRAM只能加电才有效），只不过拷贝到SRAM的首地址0x20000000处。此时向量表偏移寄存器（VTOR）的值也是0x00000000（实际映射到0x20000000）。而启动过程结束后，这个特殊的映射不复存在了（据参考手册推测的），所以，需要修改向量表偏移寄存器（VTOR)的值为0x20000000以后的值（其中TBLOFF位域要是0x200的倍数，这个是字对齐的要求（见《cortex-m3编程手册》），由于STM32的中断向量一共有68+16=84个，应该把这个数增加到下一个2的整数倍即128，然后换算成地址范围128*4=512，就得到了0x200），以便处理中断。
因此，无论用哪种模式启动，复位时栈顶指针总能在0x00000000（或0x08000000）处找到，而复位向量总能在0x00000004（或0x08000004）处找到。
又根据《cortex-m3编程手册》，复位时，CPU从0x00000000处获取栈顶指针MSP（默认使用主堆栈），从0x00000004处获取程序计数器PC（复位向量）。则印证了上述说法。
下面通过追踪STM32L1xx标准外设库V1.2.0（STM32L1xx_StdPeriph_Lib_V1.2.0）中的启动文件startup_stm32l1xx_md.s来验证上述说法。
先复位CPU，从寄存器窗口可以看到：

R13(SP)的值为0x20000FC0（MSP），R15(PC)的值为0x08000420。这两个值就是地址0x00000000和地址0x00000004处存放的内容。由于是从Flash启动，所以，实际上也就是0x08000000和0x08000004处存放的内容。可以从内存窗口中看出：

内存地址	内容
0x00000000	C0H
0x00000001	0FH
0x00000002	00H
0x00000003	20H
0x00000004	21H
0x00000005	04H
0x00000006	00H
0x00000007	08H

从0x00000000处，取出1个字（32位，4个字节），为0x20000FC0，是堆栈指针SP的值。
从0x00000004处，取出1个字（32位，4个字节），为0x08000421，而PC指针读回0x08000420
它把末位的1变成了0，这个是由于内存对齐造成的，因为cortex-m3核PC的LSB一定读回0，因此指令至少是半字对齐的（《cortex-m3编程手册》）。
同样的结果在反汇编窗口也可以得到：

继续跟踪：此时程序寻址到PC指针指示的地址0x08000420处执行

此处，指令 LDR R0,=SystemInit 将函数SystemInit的入口地址传给R0，从反汇编窗口可以看到指令被写成LDR r0,[pc,#36]，表明SystemInit的入口地址在存放在PC指针偏移36处，即0x08000420（+0x4）+0x24=0x08000448（因为CM3内部使用了指令流水线，读PC时返回的值是当前指令的地址+4《Cortex™-M3权威指南》）下一条指令在0x08000422处，BLX R0 将R0的值传给PC（必须保证加载到PC的数值是奇数（即LSB=1），传给PC后，PC的LSB读回0），调用SystemInit函数。这个函数里面开启了外部晶振，设置了PLL，除能了所有中断，设置了时钟为32MHz，并且重定位中断向量表在0x08000000处（这句在Flash启动时可以不需要，因为能从0x00000000映射到0x08000000）。从该函数返回后，用同样的方式调用C/C++标准实时库的__main函数，进行了一些处理（如用户堆栈初始化等，具体可以跟踪汇编代码，这部分网上已有过分析，不再赘述）后，调用main函数，进入C语言环境。
关于启动文件的中断向量表部分：

以上是在建立中断向量表（DCD伪指令表明，为每个中断向量分配了1个字的连续空间）。
实际上，对启动文件分析的资料已经很多，也足够详细，此处就不再赘述了。
基于上面分析，可以总结STM32启动的大体过程。
1、上电复位，CPU从0x00000000处获取栈顶指针MSP（默认使用主堆栈），从0x00000004处获取程序计数器PC（复位向量）。
2、MSP指针必然指向SRAM区的，因为堆栈必须建立在该区。
3、根据PC的值找到复位中断处理函数Reset_Handler
4、调用SystemInit函数。
5、调用__main函数，初始化用户堆栈
6、调用main函数，进入C语言环境