最新教程下載：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=93255
第13章 STM32F429啟動過程詳解
本章教程主要跟大家講STM32F429的啟動過程，這里的啟動過程是指從CPU上電復位執行第1條指令開始（匯編文件）到進入C程序main()函數入口之間的部分。啟動過程相對來說還是比較重要的，理解了這個過程，對於以后分析程序還是有些幫助的，要不每次看到這個啟動過程都會跳過，直接去看主程序了。還有就是以后打算學習RTOS的話，對於這個過程必須有個了解，因為移植的時候涉及到中斷向量表。對初學者來說，看這個可能有些吃力，不過不要緊，隨着自己做過一些簡單的應用之后再來看這章，應該會有很多的幫助，由於我們的V6板子是基於STM32F429BI，所以我們這里主要針對F4系列的啟動過程做一下分析，其它系列也是大致相同的。
13.1 初學者重要提示
13.2 各個版本的啟動文件介紹
13.3 啟動文件分析
13.4 BOOT啟動模式
13.5 總結
13.1 初學者重要提示
1、 如果覺得學習本章節吃力的話，推薦看我們早期做的入門視頻教程第8章。
http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=15408 。
13.2 各個版本的啟動文件介紹
這里各個版本的意思是指不同的編譯器、不同的F4系列對應的啟動文件。
13.2.1 不同編譯器對應的啟動文件
打開我們為本教程提供的工程文件，路徑如下：
\Libraries\CMSIS\Device\ST\STM32F4xx\Source\Templates 在這個文件里面有ST官方為各個編譯器提供的啟動文件。
看了上面的截圖，大家會問怎么沒有KEIL MDK呢？其實已經被放在了文件夾arm里面，KEIL公司已經在2005年被ARM公司收購了。開發板大部分例程都是配套了MDK和IAR兩個版本，這里重點給大家分析一下MDK的啟動文件分析，IAR和MDK的大同小異。
13.2.2 不同F4系列對應的啟動文件
先來看一下ARM文件夾里面的文件（當前只有如下兩個系列，后期ST會增加新的型號，相應的啟動文件也會添加進來）：
我們再來打開IAR文件夾里面的文件：
多了一個linker文件夾，用於IAR配置的ICF文件（部分截圖）：
而啟動文件跟MDK里面的一樣。
13.3 啟動文件分析
鑒於V6開發板使用的是STM32F429BI，下面我們詳細的分析一下啟動文件startup_stm32f429xx.s。分析前，先掌握一個小技能，遇到不認識的指令或者關鍵詞可以檢索。
- 啟動 MDK軟件，在Help菜單點擊 uVision Help
- 點擊后彈出如下文件
在搜索欄輸入你需要查詢的單詞進行查詢，然后點擊“列出主題”按鈕，會將相關的知識點都羅列出來。此功能非常實用，建議熟練掌握。
下面先來看啟動文件前面的介紹：
;******************** (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。
啟動文件主要完成如下工作，即程序執行過程：
- 設置堆棧指針SP = __initial_sp。
- 設置PC指針 = Reset_Handler。
- 設置中斷向量表。
- 配置系統時鍾。
- 配置外部SRAM/SDRAM用於程序變量等數據存儲（這是可選的）。
- 跳轉到C庫中的 __main ，最終會調用用戶程序的main()函數。
Cortex-M內核處理器復位后，處於線程模式，指令權限是特權級別（最高級別），堆棧設置為使用主堆棧MSP。
13.3.1 復位序列
硬件復位之后，CPU 內的時序邏輯電路首先完成如下兩個工作（程序代碼下載到內部flash為例，flash首地址0x0800 0000）
- 將0x08000000位置存放的堆棧棧頂地址存放到SP中(MSP)。
- 將0x08000004 位置存放的向量地址裝入 PC 程序計數器。
CPU 從 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 條指令開始執行程序，也就是開始執行復位中斷服務程序 Reset_Handler。
復位中斷服務程序會調用SystemInit()函數來配置系統時鍾、配置FMC總線上的外部SRAM/SDRAM，然后跳轉到C 庫中__main 函數。由C庫中的__main 函數完成用戶程序的初始化工作（比如：變量賦初值等），最后由__main 函數調用用戶寫的 main()函數開始執行 C 程序。
13.3.2 代碼分析
- 第1部分代碼分析
下面的代碼實現開辟棧(stack)空間，用於局部變量、函數調用、函數的參數等。
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，類似於 C 語言中的#define。偽指令的意思是指這個“指令”並不會生成二進制程序代碼，也不會引起變量空間分配。
0x00000800 表示棧大小，注意這里是以字節為單位。
第9行：開辟一段數據空間可讀可寫，段名 STACK，按照 8 字節對齊。ARER 偽指令表示下面將開始定義一個代碼段或者數據段。此處是定義數據段。ARER 后面的關鍵字表示這個段的屬性。
STACK ：表示這個段的名字，可以任意命名。
NOINIT：表示此數據段不需要填入初始數據。
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 字節對齊(地址對8求余數等於0)。
第10行：SPACE 這行指令告訴匯編器給 STACK 段分配 0x00000800 字節的連續內存空間。
第11行： __initial_sp 緊接着 SPACE 語句放置，表示了棧頂地址。__initial_sp 只是一個標號，標號主要用於表示一片內存空間的某個位置，等價於 C 語言中的“地址”概念。地址僅僅表示存儲空間的一個位置，從 C 語言的角度來看，變量的地址，數組的地址或是函數的入口地址在本質上並無區別。
- 第2部分代碼分析
下面的代碼實現開辟堆(heap)空間，主要用於動態內存分配，也就是說用 malloc，calloc, realloc等函數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。分配一片連續的內存空間給名字叫 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 表示堆的結束地址。
- 第3部分代碼分析
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 指定當前文件保持堆棧八字節對齊。
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 個標號申明為可被外部引用， 主要提供給鏈接器用於連接庫文件或其他文件。
- 第4部分代碼分析
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（IROM1 的地址）決定。如果程序在 Flash 運行，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：
DCD 表示分配 1 個 4 字節的空間。每行 DCD 都會生成一個 4 字節的二進制代碼。中斷向量表存放的實際上是中斷服務程序的入口地址。當異常（也即是中斷事件）發生時，CPU 的中斷系統會將相應的入口地址賦值給 PC 程序計數器，之后就開始執行中斷服務程序。
- 第5部分代碼分析
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過程，使程序的結構加清晰。
第5行：WEAK 聲明其他的同名標號優先於該標號被引用,就是說如果外面聲明了的話會調用外面的。 這個聲明很重要，它讓我們可以在C文件中任意地方放置中斷服務程序，只要保證C函數的名字和向量表中的名字一致即可。
第6行：IMPORT：偽指令用於通知編譯器要使用的標號在其他的源文件中定義。但要在當前源文件中引用，而且無論當前源文件是否引用該標號，該標號均會被加入到當前源文件的符號表中。
第9行：SystemInit 函數在文件system_stm32f4xx.c 里面，主要實現RCC相關寄存器復位和中斷向量表位置設置。
第11行：__main 標號表示C/C++標准實時庫函數里的一個初始化子程序__main 的入口地址。該程序的一個主要作用是初始化堆棧(跳轉__user_initial_stackheap 標號進行初始化堆棧的，下面會講到這個標號)，並初始化映像文件，最后跳轉到 C 程序中的 main函數。這就解釋了為何所有的 C 程序必須有一個 main 函數作為程序的起點。因為這是由 C/C++標准實時庫所規，並且不能更改。
- 第6部分代碼分析
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_Handler\ 8. 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，用戶可以在此實現自己的中斷服務程序。不過很少在這里實現中斷服務程序，一般多是在其它的C文件里面重新寫一個同樣名字的中斷服務程序，因為這里是WEEK弱定義的。如果沒有在其它文件中寫中斷服務器程序，且使能了此中斷，進入到這里后，會讓程序卡在這個地方。
第14行：缺省中斷服務程序（開始）
第23行：死循環，如果用戶使能中斷服務程序，而沒有在C文件里面寫中斷服務程序的話，都會進入到這里。比如在程序里面使能了串口1中斷，而沒有寫中斷服務程序USART1_IRQHandle，那么串口中斷來了，會進入到這個死循環。
第25行：缺省中斷服務程序（結束）。
- 第7部分代碼分析
啟動代碼的最后一部分：
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：簡單的匯編語言實現IF…….ELSE…………語句。如果定義了MICROLIB，那么程序是不會執行ELSE分支的代碼。__MICROLIB可能大家並不陌生，就在MDK的Target Option里面設置。
第5行：__user_initial_stackheap將由__main函數進行調用。
- MicroLib
MicroLib是MDK里面帶的微庫，針對嵌入式應用，MicroLIB做了深度優化，比使用C標准庫所需的RAM和FLASH空間都大大減小比如調用：<math.h>，<stdlib.h>，<stdio.h>，<string.h>
更多相關知識可以地址：http://www.keil.com/arm/microlib.asp。另外注意microlib只有庫，沒有源文件。下圖是標准庫和微庫生成代碼的比較。
13.4 BOOT啟動模式
STM32F429支持的啟動方式如下：
- 從Flash啟動（正常運行時選擇這種模式）。
- 從系統存儲器啟動（做ISP下載時用）。
- 從內嵌SRAM啟動（調試用，一般很少使用）。
具體到原理圖上的設計如下：
- 如果僅作從Flash驅動，可以將BOOT0和BOOT1直接接地，不需要電阻。
- 從SRAM啟動，BOOT1固定取低電平，BOOT0可以取高電平或者低電平。注意硬件上不支持從SRAM啟動。因為掉電后，SRAM中的數據消失。
- 電阻R43和按鍵配合，實現高低電平的切換。
- 電阻R55起到GPIO復用的功能，系統上電復位后可以檢測BOOT1引腳轉態，開始工作后可以用來做RS485的發送使能控制。
- ISP（In-System Programming）
在系統可編程，就是說在PCB板子上面直接燒錄，不需要將單片機取下來用燒錄器燒寫。ISP功能可以通過非常簡單廉價的下載線直接在電路板上給單片機下載程序或者擦除程序，免去插來插去的麻煩。
13.5 總結
本章節講解的啟動過程分析還是比較重要的，忘初學者務必掌握。