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最新教程下載：http://www./forum.php?mod=viewthread&tid=93255 第13章 STM32F429啟動(dòng)過程詳解本章教程主要跟大家講STM32F429的啟動(dòng)過程，這里的啟動(dòng)過程是指從CPU上電復(fù)位執(zhí)行第1條指令開始（匯編文件）到進(jìn)入C程序main()函數(shù)入口之間的部分。啟動(dòng)過程相對來說還是比較重要的，理解了這個(gè)過程，對于以后分析程序還是有些幫助的，要不每次看到這個(gè)啟動(dòng)過程都會(huì)跳過，直接去看主程序了。還有就是以后打算學(xué)習(xí)RTOS的話，對于這個(gè)過程必須有個(gè)了解，因?yàn)橐浦驳臅r(shí)候涉及到中斷向量表。對初學(xué)者來說，看這個(gè)可能有些吃力，不過不要緊，隨著自己做過一些簡單的應(yīng)用之后再來看這章，應(yīng)該會(huì)有很多的幫助，由于我們的V6板子是基于STM32F429BI，所以我們這里主要針對F4系列的啟動(dòng)過程做一下分析，其它系列也是大致相同的。 13.1 初學(xué)者重要提示 13.2 各個(gè)版本的啟動(dòng)文件介紹 13.3 啟動(dòng)文件分析 13.4 BOOT啟動(dòng)模式 13.5 總結(jié) 13.1 初學(xué)者重要提示1、 如果覺得學(xué)習(xí)本章節(jié)吃力的話，推薦看我們早期做的入門視頻教程第8章。 http://www./forum.php?mod=viewthread&tid=15408 。 13.2 各個(gè)版本的啟動(dòng)文件介紹這里各個(gè)版本的意思是指不同的編譯器、不同的F4系列對應(yīng)的啟動(dòng)文件。 13.2.1 不同編譯器對應(yīng)的啟動(dòng)文件打開我們?yōu)楸窘坛烫峁┑墓こ涛募?，路徑如下?/p> \Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates 在這個(gè)文件里面有ST官方為各個(gè)編譯器提供的啟動(dòng)文件。 看了上面的截圖，大家會(huì)問怎么沒有KEIL MDK呢？其實(shí)已經(jīng)被放在了文件夾arm里面，KEIL公司已經(jīng)在2005年被ARM公司收購了。開發(fā)板大部分例程都是配套了MDK和IAR兩個(gè)版本，這里重點(diǎn)給大家分析一下MDK的啟動(dòng)文件分析，IAR和MDK的大同小異。 13.2.2 不同F(xiàn)4系列對應(yīng)的啟動(dòng)文件先來看一下ARM文件夾里面的文件（當(dāng)前只有如下兩個(gè)系列，后期ST會(huì)增加新的型號，相應(yīng)的啟動(dòng)文件也會(huì)添加進(jìn)來）： 我們再來打開IAR文件夾里面的文件： 多了一個(gè)linker文件夾，用于IAR配置的ICF文件（部分截圖）： 而啟動(dòng)文件跟MDK里面的一樣。 13.3 啟動(dòng)文件分析鑒于V6開發(fā)板使用的是STM32F429BI，下面我們詳細(xì)的分析一下啟動(dòng)文件startup_stm32f429xx.s。分析前，先掌握一個(gè)小技能，遇到不認(rèn)識(shí)的指令或者關(guān)鍵詞可以檢索。
在搜索欄輸入你需要查詢的單詞進(jìn)行查詢，然后點(diǎn)擊“列出主題”按鈕，會(huì)將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)都羅列出來。此功能非常實(shí)用，建議熟練掌握。 下面先來看啟動(dòng)文件前面的介紹： ;******************** (C) COPYRIGHT 2017 STMicroelectronics ******************** ;* File Name : startup_stm32f429xx.s ;* Author : MCD Application Team ;* Description : STM32F429x 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 ;* - Branches to __main in the C library (which eventually ;* calls main()). ;* After Reset the CortexM4 processor is in Thread mode, ;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main. ;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> ;******************************************************************************* 啟動(dòng)文件是后綴為.s的匯編語言文本文件，每行前面的分號表示此行是注釋行。 啟動(dòng)文件主要完成如下工作，即程序執(zhí)行過程： - 設(shè)置堆棧指針SP = __initial_sp。 - 設(shè)置PC指針 = Reset_Handler。 - 設(shè)置中斷向量表。 - 配置系統(tǒng)時(shí)鐘。 - 配置外部SRAM/SDRAM用于程序變量等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（這是可選的）。 - 跳轉(zhuǎn)到C庫中的 __main ，最終會(huì)調(diào)用用戶程序的main()函數(shù)。 Cortex-M內(nèi)核處理器復(fù)位后，處于線程模式，指令權(quán)限是特權(quán)級別（最高級別），堆棧設(shè)置為使用主堆棧MSP。 13.3.1 復(fù)位序列硬件復(fù)位之后，CPU 內(nèi)的時(shí)序邏輯電路首先完成如下兩個(gè)工作（程序代碼下載到內(nèi)部flash為例，flash首地址0x0800 0000）
CPU 從 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 條指令開始執(zhí)行程序，也就是開始執(zhí)行復(fù)位中斷服務(wù)程序 Reset_Handler。 復(fù)位中斷服務(wù)程序會(huì)調(diào)用SystemInit()函數(shù)來配置系統(tǒng)時(shí)鐘、配置FMC總線上的外部SRAM/SDRAM，然后跳轉(zhuǎn)到C 庫中__main 函數(shù)。由C庫中的__main 函數(shù)完成用戶程序的初始化工作（比如：變量賦初值等），最后由__main 函數(shù)調(diào)用用戶寫的 main()函數(shù)開始執(zhí)行 C 程序。 13.3.2 代碼分析
下面的代碼實(shí)現(xiàn)開辟棧(stack)空間，用于局部變量、函數(shù)調(diào)用、函數(shù)的參數(shù)等。 1. ; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack 2. ; Tailor this value to your application needs 3. ; <h> Stack Configuration 4. ; <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> 5. ; </h> 6. 7. Stack_Size EQU 0x00000800 8. 9. AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 10. Stack_Mem SPACE Stack_Size 11. __initial_sp 第7行：EQU 是表示宏定義的偽指令，類似于 C 語言中的#define。偽指令的意思是指這個(gè)“指令”并不會(huì)生成二進(jìn)制程序代碼，也不會(huì)引起變量空間分配。 0x00000800 表示棧大小，注意這里是以字節(jié)為單位。 第9行：開辟一段數(shù)據(jù)空間可讀可寫，段名 STACK，按照 8 字節(jié)對齊。ARER 偽指令表示下面將開始定義一個(gè)代碼段或者數(shù)據(jù)段。此處是定義數(shù)據(jù)段。ARER 后面的關(guān)鍵字表示這個(gè)段的屬性。 STACK ：表示這個(gè)段的名字，可以任意命名。 NOINIT：表示此數(shù)據(jù)段不需要填入初始數(shù)據(jù)。 READWRITE：表示此段可讀可寫。 ALIGN=3 ：表示首地址按照 2 的 3 次方對齊，也就是按照 8 字節(jié)對齊(地址對8求余數(shù)等于0)。 第10行：SPACE 這行指令告訴匯編器給 STACK 段分配 0x00000800 字節(jié)的連續(xù)內(nèi)存空間。 第11行： __initial_sp 緊接著 SPACE 語句放置，表示了棧頂?shù)刂贰_initial_sp 只是一個(gè)標(biāo)號，標(biāo)號主要用于表示一片內(nèi)存空間的某個(gè)位置，等價(jià)于 C 語言中的“地址”概念。地址僅僅表示存儲(chǔ)空間的一個(gè)位置，從 C 語言的角度來看，變量的地址，數(shù)組的地址或是函數(shù)的入口地址在本質(zhì)上并無區(qū)別。
下面的代碼實(shí)現(xiàn)開辟堆(heap)空間，主要用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，也就是說用 malloc，calloc, realloc等函數(shù)分配的變量空間是在堆上。 1. ; <h> Heap Configuration 2. ; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> 3. ; </h> 4. 5. Heap_Size EQU 0x00000400 6. 7. AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 8. __heap_base 9. Heap_Mem SPACE Heap_Size 10. __heap_limit 這幾行語句和上面第1部分代碼類似。分配一片連續(xù)的內(nèi)存空間給名字叫 HEAP 的段，也就是分配堆空間。堆的大小為 0x00000400。 __heap_base 表示堆的開始地址。 __heap_limit 表示堆的結(jié)束地址。
1. PRESERVE8 2. THUMB 3. 4. 5. ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset 6. AREA RESET, DATA, READONLY 7. EXPORT __Vectors 8. EXPORT __Vectors_End 9. EXPORT __Vectors_Size 第1行：PRESERVE8 指定當(dāng)前文件保持堆棧八字節(jié)對齊。 第2行：THUMB表示后面的指令是THUMB指令集 ，CM4采用的是THUMB - 2指令集。 第6行：AREA定義一塊代碼段，只讀，段名字是 RESET。READONLY 表示只讀，缺省就表示代碼段了。 第7-9行：3 行EXPORT語句將 3 個(gè)標(biāo)號申明為可被外部引用， 主要提供給鏈接器用于連接庫文件或其他文件。
1. __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack 2. DCD Reset_Handler ; Reset Handler 3. DCD NMI_Handler ; NMI Handler 4. DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler 5. 6. 中間部分省略未寫 7. 8. DCD LTDC_ER_IRQHandler ; LTDC error 9. DCD DMA2D_IRQHandler ; DMA2D 10. 11. 12. __Vectors_End 13. 14. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors 上面的這段代碼是建立中斷向量表，中斷向量表定位在代碼段的最前面。具體的物理地址由鏈接器的配置參數(shù)（IROM1 的地址）決定。如果程序在 Flash 運(yùn)行，則中斷向量表的起始地址是 0x08000000。 以MDK為例，就是如下配置選項(xiàng)： DCD 表示分配 1 個(gè) 4 字節(jié)的空間。每行 DCD 都會(huì)生成一個(gè) 4 字節(jié)的二進(jìn)制代碼。中斷向量表存放的實(shí)際上是中斷服務(wù)程序的入口地址。當(dāng)異常（也即是中斷事件）發(fā)生時(shí)，CPU 的中斷系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的入口地址賦值給 PC 程序計(jì)數(shù)器，之后就開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。
1. AREA |.text|, CODE, READONLY 2. 3. ; Reset handler 4. Reset_Handler PROC 5. EXPORT Reset_Handler [WEAK] 6. IMPORT SystemInit 7. IMPORT __main 8. 9. LDR R0, =SystemInit 10. BLX R0 11. LDR R0, =__main 12. BX R0 13. ENDP 第1行：AREA 定義一塊代碼段，只讀，段名字是 .text 。READONLY 表示只讀。 第4行：利用 PROC、ENDP 這一對偽指令把程序段分為若干個(gè)過程，使程序的結(jié)構(gòu)加清晰。 第5行：WEAK 聲明其他的同名標(biāo)號優(yōu)先于該標(biāo)號被引用,就是說如果外面聲明了的話會(huì)調(diào)用外面的。 這個(gè)聲明很重要，它讓我們可以在C文件中任意地方放置中斷服務(wù)程序，只要保證C函數(shù)的名字和向量表中的名字一致即可。 第6行：IMPORT：偽指令用于通知編譯器要使用的標(biāo)號在其他的源文件中定義。但要在當(dāng)前源文件中引用，而且無論當(dāng)前源文件是否引用該標(biāo)號，該標(biāo)號均會(huì)被加入到當(dāng)前源文件的符號表中。 第9行：SystemInit 函數(shù)在文件system_stm32f4xx.c 里面，主要實(shí)現(xiàn)RCC相關(guān)寄存器復(fù)位和中斷向量表位置設(shè)置。 第11行：__main 標(biāo)號表示C/C++標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)庫函數(shù)里的一個(gè)初始化子程序__main 的入口地址。該程序的一個(gè)主要作用是初始化堆棧(跳轉(zhuǎn)__user_initial_stackheap 標(biāo)號進(jìn)行初始化堆棧的，下面會(huì)講到這個(gè)標(biāo)號)，并初始化映像文件，最后跳轉(zhuǎn)到 C 程序中的 main函數(shù)。這就解釋了為何所有的 C 程序必須有一個(gè) main 函數(shù)作為程序的起點(diǎn)。因?yàn)檫@是由 C/C++標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)庫所規(guī)，并且不能更改。
代碼如下： 1. ; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified) 2. 3. NMI_Handler PROC 4. EXPORT NMI_Handler [WEAK] 5. B . 6. ENDP 7. HardFault_Handler8. PROC 9. EXPORT HardFault_Handler [WEAK] 10. B . 11. ENDP 12. 13. 中間部分省略未寫 14. Default_Handler PROC 15. 16. EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK] 17. EXPORT PVD_AVD_IRQHandler [WEAK] 18. EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK] 19. 中間部分省略未寫 20. LTDC_ER_IRQHandler 21. DMA2D_IRQHandler 22. 23. B . 24. 25. ENDP 26. 27. ALIGN 第5行：死循環(huán)，用戶可以在此實(shí)現(xiàn)自己的中斷服務(wù)程序。不過很少在這里實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序，一般多是在其它的C文件里面重新寫一個(gè)同樣名字的中斷服務(wù)程序，因?yàn)檫@里是WEEK弱定義的。如果沒有在其它文件中寫中斷服務(wù)器程序，且使能了此中斷，進(jìn)入到這里后，會(huì)讓程序卡在這個(gè)地方。 第14行：缺省中斷服務(wù)程序（開始） 第23行：死循環(huán)，如果用戶使能中斷服務(wù)程序，而沒有在C文件里面寫中斷服務(wù)程序的話，都會(huì)進(jìn)入到這里。比如在程序里面使能了串口1中斷，而沒有寫中斷服務(wù)程序USART1_IRQHandle，那么串口中斷來了，會(huì)進(jìn)入到這個(gè)死循環(huán)。 第25行：缺省中斷服務(wù)程序（結(jié)束）。
啟動(dòng)代碼的最后一部分： 1. ;******************************************************************************* 2. ; User Stack and Heap initialization 3. ;******************************************************************************* 4. IF :DEF:__MICROLIB 5. 6. EXPORT __initial_sp 7. EXPORT __heap_base 8. EXPORT __heap_limit 9. 10. ELSE 11. 12. IMPORT __use_two_region_memory 13. EXPORT __user_initial_stackheap 14. 15. __user_initial_stackheap 16. 17. LDR R0, = Heap_Mem 18. LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) 19. LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) 20. LDR R3, = Stack_Mem 21. BX LR 22. 23. ALIGN 24. 25. ENDIF 26. 27. END 第4行：簡單的匯編語言實(shí)現(xiàn)IF…….ELSE…………語句。如果定義了MICROLIB，那么程序是不會(huì)執(zhí)行ELSE分支的代碼。__MICROLIB可能大家并不陌生，就在MDK的Target Option里面設(shè)置。 第5行：__user_initial_stackheap將由__main函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。
MicroLib是MDK里面帶的微庫，針對嵌入式應(yīng)用，MicroLIB做了深度優(yōu)化，比使用C標(biāo)準(zhǔn)庫所需的RAM和FLASH空間都大大減小比如調(diào)用：<math.h>，<stdlib.h>，<stdio.h>，<string.h> 更多相關(guān)知識(shí)可以地址：http://www./arm/microlib.asp。另外注意microlib只有庫，沒有源文件。下圖是標(biāo)準(zhǔn)庫和微庫生成代碼的比較。 13.4 BOOT啟動(dòng)模式STM32F429支持的啟動(dòng)方式如下：
具體到原理圖上的設(shè)計(jì)如下：
在系統(tǒng)可編程，就是說在PCB板子上面直接燒錄，不需要將單片機(jī)取下來用燒錄器燒寫。ISP功能可以通過非常簡單廉價(jià)的下載線直接在電路板上給單片機(jī)下載程序或者擦除程序，免去插來插去的麻煩。 13.5 總結(jié)本章節(jié)講解的啟動(dòng)過程分析還是比較重要的，忘初學(xué)者務(wù)必掌握。 |
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