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;
而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。
在<>,用的是STM32F103RBT6,所有的例程都采用了一个叫STM32F10x.s的启动文件,里面定义了STM32的堆栈大小以及各种中断的名字及入口函数名称,还有启动相关的汇编代码。STM32F10x.s是MDK提供的启动代码,从其里面的内容看来,它只定义了3个串口,4个定时器。实际上STM32的系列产品有5个串口的型号,也只有有2个串口的型号,定时器也是,做多的有8个定时器。比如,如果你用的STM32F103ZET6,而启动文件用的是STM32F10x.s的话,你可以正常使用串口1~3的中断,而串口4和5的中断,则无法正常使用。又比如,你TIM1~4的中断可以正常使用,而5~8的,则无法使用。
而在固件库里出现3个文件:
startup_stm32f10x_ld.s
startup_stm32f10x_md.s
startup_stm32f10x_hd.s
其中,ld.s适用于小容量 产品;md.s适用于中等容量产品;hd适用于大容量产品;
这里的容量是指FLASH的大小.判断方法如下:
小容量:FLASH≤32K
中容量:64K≤FLASH≤128K
大容量:256K≤FLASH
;******************** (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics ********************;* File Name : startup_stm32f10x_hd.s;* Author : MCD Application Team;* Version : V3.5.0;* Date : 11-March-2011;* Description : STM32F10x High Density Devices vector table for MDK-ARM;* toolchain.;* This module performs:;* - Set the initial SP;* - Set the initial PC == Reset_Handler;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address;* - Configure the clock system and also configure the external;* SRAM mounted on STM3210E-EVAL board to be used as data;* memory (optional, to be enabled by user);* - Branches to __main in the C library (which eventually;* calls main()).;* After Reset the CortexM3 processor is in Thread mode,;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main.;* 说明: 此文件为STM32F10x高密度设备的MDK工具链的启动文件;* 该模块执行以下操作:;* -设置初始堆栈指针(SP);* -设置初始程序计数器(PC)为复位向量,并在执行main函数前初始化系统时钟;* -设置向量表入口为异常事件的入口地址;* -复位之后处理器为线程模式,优先级为特权级,堆栈设置为MSP主堆栈;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> ; 首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈; 顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转??C/C++标; 准实时库的__main函数。假设STM32被设置为从内部FLASH启动中断向量表起始地位为0x8000000,; 则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇; 到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址继而执行复位中断服务程序,; 然后跳转__main函数,最后来到C的世界。; DCD指令:作用是开辟一段空间,其意义等价于C语言中的地址符“&”。开始建立的中断向量; 表则类似于使用C语.其每一个成员都是一个函数指针,分别指向各个中断服务函数;伪指令AREA,表示开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈,段名是STACK,可读可写。;NOINIT:指定此数据段仅仅保留了内存单元,而没有将各初始值写入内存单元,或者将各个内存单元值初始化为0;*******************************************************************************; THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS; WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE TIME.; AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY DIRECT,; INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING FROM THE; CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE CODING; INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.;*******************************************************************************; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack; Tailor this value to your application needs; Stack Configuration; Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; Stack_Size EQU 0x00000400 ;定义栈大小1024B AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;AREA伪指令用于定义一个代码段或数据段 ;这里用于指定一个数据段,名字为STACK,作为堆栈段,后面跟着它的初始属性定义:未初始化,允许读写,8字节边界对齐 ;说明: Cortex-M3的指令地址要求是字边界对齐(4字节);但是代码段是8字节边界对齐的。Stack_Mem SPACE Stack_Size ;分配连续 Stack_Size 字节的存储单元并初始化为 0。 __initial_sp ;###初始化堆栈指,标号__initial_sp表示指向堆栈顶. ; Heap Configuration; Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; Heap_Size EQU 0x00000200 ;定义堆的大小 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;堆段,malloc用的地方,不一定是连续空间,未初始化,允许读写,堆数据段8字节边界对齐__heap_base ;表示堆空间起始地址Heap_Mem SPACE Heap_Size ;分配堆空间__heap_limit ;表示堆空间结束地址与__heap_base配合限制堆的大小 PRESERVE8 ;命令指定当前文件保持栈的八字节对齐 THUMB ;指令集,THUMB 必须位于使用新语法的任何Thumb代码之前 ; EXPORT 命令声明一个符号,可由链接器用于解释各个目标和库文件中的符号引用,相当于声明了一个全局变量。 EXPORT与GLOBAL相同。; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset翻译为:以下为向量表,在复位时被映射到FLASH的0地址; 实际上是在CODE区(假设STM32从FLASH启动,则此中断向量表起始地址即为0x8000000) AREA RESET, DATA, READONLY ;定义一块数据段,只可读,段名字是RESET,复位段,只包含数据,只读 ;EXPORT用于在程序中声明一个全局的标号,该标号可在其他的文件中引用 EXPORT __Vectors ;在程序中声明一个全局标号__Vectors,表示中断向量表开始; EXPORT __Vectors_End ;在程序中声明一个全局标号__Vectors_End,表示中断向量表结束 EXPORT __Vectors_Size ;在程序中声明一个全局标号__Vectors_Size,表示中断向量表大小; DCD 命令分配一个或多个字的存储器,在四个字节的边界上对齐,并定义存储器的运行时初值。;下面定义中断表存放在flash中的地址,从起始地址开始编排。而起始位置是可以改变的,这就为IAP提供了可能,即flash中可以存放几个程序,设置他们起始地址不一样。;假设这个地方的起始地址从0x8000000开始,则__initial_sp、Reset_Handler...就以4字节往后面编排。__Vectors ;建立中断表 DCD __initial_sp ;0x8000000 Top of Stack 栈顶指针,被放在向量表的开始,FLASH的0地址,复位后首先装载栈顶指针 DCD Reset_Handler ;0x8000004 Reset Handler 复位异常,装载完栈顶后,第一个执行的,并且不返回。 DCD NMI_Handler ;0x8000008 NMI Handler 不可屏蔽中断 DCD HardFault_Handler ;0x800000C Hard Fault Handler 硬件错误中断 DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler 内存管理错误中断 DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler 总线错误中断,一般发生在数据访问异常,比如fsmc访问不当 DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler 用法错误中断,一般是预取值,或者位置指令,数据处理等错误 DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD SVC_Handler ; SVCall Handler 系统调用异常,主要是为了调用操作系统内核服务 DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler 调试监视异常 DCD 0 ; Reserved DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler 挂起异常,此处可以看见用作了uCOS-II的上下文切换异常,这是被推荐使用的, ;因为Cortex-M3会在异常发生时自动保存R0-R3,R12,R13(堆栈指针SP),R14(链接地址,也叫返回地址LR,在异常返回时使用), ;R15(程序计数器PC,为当前应用程序+4)和中断,完成时会自动回复,我们只需保存R4-R11,大大减少了中断响应和上下文切换的时间。 DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler 滴答定时器,为操作系统内核时钟 ;DCD OS_CPU_PendSVHandler ;DCD OS_CPU_SysTickHandler ; External Interrupts ;以上都是Coretex M3内核自带的;以下为外部中断向量表 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 & ADC2 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 RTCAlarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI Line DCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspend DCD TIM8_BRK_IRQHandler ; TIM8 Break DCD TIM8_UP_IRQHandler ; TIM8 Update DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ; TIM8 Trigger and Commutation DCD TIM8_CC_IRQHandler ; TIM8 Capture Compare DCD ADC3_IRQHandler ; ADC3 DCD FSMC_IRQHandler ; FSMC DCD SDIO_IRQHandler ; SDIO DCD TIM5_IRQHandler ; TIM5 DCD SPI3_IRQHandler ; SPI3 DCD UART4_IRQHandler ; UART4 DCD UART5_IRQHandler ; UART5 DCD TIM6_IRQHandler ; TIM6 DCD TIM7_IRQHandler ; TIM7 DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ; DMA2 Channel1 DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ; DMA2 Channel2 DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ; DMA2 Channel3 DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5__Vectors_End ;向量表结束标志__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors ;计算向量表地址空间大小,得到向量表的大小,304个字节也就是0x130个字节 ;|.text| 用于表示由 C 编译程序产生的代码段,或用于以某种方式与 C 库关联的代码段。 AREA |.text|, CODE, READONLY ;定义C编译器源代码的代码段,只读 ;定义一个代码段,可读,段名字是.text; Reset handlerReset_Handler PROC;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干个过程,使程序的结构加清晰 EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;此处[WEAK]表示弱定义,在外部没有定义该符号时导出该符号Reset_Handler IMPORT __main ;IMPORT:伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义 ;但要在当前源文件中引用,而且无论当前源文件是否引用该标号 ;该标号均会被加入到当前源文件的符号表中 IMPORT SystemInit LDR R0, =SystemInit ; 装载寄存器指令 BLX R0 ; 带链接的跳转,切换指令集 LDR R0, =__main ;__main为 运行时库提供的函数;完成堆栈,堆的初始话等工作,会调用下面定义的__user_initial_stackheap BX R0 ; 切换指令集,main函数不返回,跳到__main,进入C的世界 ENDP ; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified);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同名标号的话,会调用外面的没有[WEAK]的NMI_Handler PROC EXPORT NMI_Handler [WEAK] B . ENDPHardFault_Handler PROC EXPORT HardFault_Handler [WEAK] B . ENDPMemManage_Handler PROC EXPORT MemManage_Handler [WEAK] B . ENDPBusFault_Handler PROC EXPORT BusFault_Handler [WEAK] B . ENDPUsageFault_Handler PROC EXPORT UsageFault_Handler [WEAK] B . ENDPSVC_Handler PROC EXPORT SVC_Handler [WEAK] B . ENDPDebugMon_Handler PROC EXPORT DebugMon_Handler [WEAK] B . ENDPPendSV_Handler PROC ;OS_CPU_PendSV_Handler PROC EXPORT PendSV_Handler [WEAK] ; EXPORT OS_CPU_PendSV_Handler [WEAK] B . ; B ENDP ; ENDPSysTick_Handler PROC ;OS_CPU_SysTick_Handler PROC EXPORT SysTick_Handler [WEAK] ; EXPORT OS_CPU_SysTick_Handler [WEAK] B . ; B ENDP ; ENDPDefault_Handler PROC; 输出异常向量表标号,方便外部实现异常的具体功能 , [WEAK] 是弱定义的意思,如果外部定义了,优先执行外部定义,否则下面的函数定义 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 RTCAlarm_IRQHandler [WEAK] EXPORT USBWakeUp_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM8_BRK_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM8_UP_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM8_CC_IRQHandler [WEAK] EXPORT ADC3_IRQHandler [WEAK] EXPORT FSMC_IRQHandler [WEAK] EXPORT SDIO_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM5_IRQHandler [WEAK] EXPORT SPI3_IRQHandler [WEAK] EXPORT UART4_IRQHandler [WEAK] EXPORT UART5_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM6_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK] EXPORT DMA2_Channel1_IRQHandler [WEAK] EXPORT DMA2_Channel2_IRQHandler [WEAK] EXPORT DMA2_Channel3_IRQHandler [WEAK] EXPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler [WEAK] ; 如下只是定义一个空函数WWDG_IRQHandlerPVD_IRQHandlerTAMPER_IRQHandlerRTC_IRQHandlerFLASH_IRQHandlerRCC_IRQHandlerEXTI0_IRQHandlerEXTI1_IRQHandlerEXTI2_IRQHandlerEXTI3_IRQHandlerEXTI4_IRQHandlerDMA1_Channel1_IRQHandlerDMA1_Channel2_IRQHandlerDMA1_Channel3_IRQHandlerDMA1_Channel4_IRQHandlerDMA1_Channel5_IRQHandlerDMA1_Channel6_IRQHandlerDMA1_Channel7_IRQHandlerADC1_2_IRQHandlerUSB_HP_CAN1_TX_IRQHandlerUSB_LP_CAN1_RX0_IRQHandlerCAN1_RX1_IRQHandlerCAN1_SCE_IRQHandlerEXTI9_5_IRQHandlerTIM1_BRK_IRQHandlerTIM1_UP_IRQHandlerTIM1_TRG_COM_IRQHandlerTIM1_CC_IRQHandlerTIM2_IRQHandlerTIM3_IRQHandlerTIM4_IRQHandlerI2C1_EV_IRQHandlerI2C1_ER_IRQHandlerI2C2_EV_IRQHandlerI2C2_ER_IRQHandlerSPI1_IRQHandlerSPI2_IRQHandlerUSART1_IRQHandlerUSART2_IRQHandlerUSART3_IRQHandlerEXTI15_10_IRQHandlerRTCAlarm_IRQHandlerUSBWakeUp_IRQHandlerTIM8_BRK_IRQHandlerTIM8_UP_IRQHandlerTIM8_TRG_COM_IRQHandlerTIM8_CC_IRQHandlerADC3_IRQHandlerFSMC_IRQHandlerSDIO_IRQHandlerTIM5_IRQHandlerSPI3_IRQHandlerUART4_IRQHandlerUART5_IRQHandlerTIM6_IRQHandlerTIM7_IRQHandlerDMA2_Channel1_IRQHandlerDMA2_Channel2_IRQHandlerDMA2_Channel3_IRQHandlerDMA2_Channel4_5_IRQHandler B . ENDP ALIGN ; 默认是字对齐方式,也说明了代码是4字节对齐的;*******************************************************************************; User Stack and Heap initialization;******************************************************************************* IF :DEF:__MICROLIB ;判断是否使用DEF:__MICROLIB(micro lib) EXPORT __initial_sp ;使用的话则将栈顶地址,堆始末地址赋予全局属性,使外部程序可以使用 EXPORT __heap_base EXPORT __heap_limit ELSE ;如果使用默认C库运行时 IMPORT __use_two_region_memory ;定义全局标号__use_two_region_memory EXPORT __user_initial_stackheap ;声明全局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号 ;则进行堆栈和堆的赋值,在__main函数执行过程中调用 __user_initial_stackheap ;标号__user_initial_stackheap,表示用户堆栈初始化 ; 此处是初始化两区的堆栈空间,堆是从由低到高的增长,栈是由高向低生长的,两个是互相独立的数据段,并不能交叉使用。 LDR R0, = Heap_Mem ;保存堆始地址 LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size);保存栈的大小 LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;保存堆的大小 LDR R3, = Stack_Mem ;保存栈顶指针 BX LR ALIGN ENDIF END ; END 命令指示汇编器,已到达一个源文件的末尾。;******************* (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics *****END OF FILE*****
至此可以总结一下STM32的启动文件和启动过程:
首先对栈和堆的大小进行定义,并在代码区的起始处建立中断向量表,其第一个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中断服务入口地址。然后在复位中断服务程序中跳转C/C++标准实时库的__main函数,完成用户堆栈等的初始化后,跳转.c文件中的main函数开始执行C程序。假设STM32被设置为从内部FLASH启动(这也是最常见的一种情况),中断向量表起始地位为0x8000000,则栈顶地址存放于0x8000000处,而复位中断服务入口地址存放于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中断服务入口地址,继而执行复位中断服务程序,然后跳转__main函数,最后进入mian函数,来到C的世界。
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2021-11-30 14:15:49
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