STM32：启动文件
前言
复位之后，CPU首先根据boot引脚选择存储器重映射区域，该区域的地址重映射为地址偏移量为0；
pc指针从地址偏移量为0的地址处开始执行；该地址烧录的代码是xx.s启动文件，也称bootloader；
启动文件主要分配了堆栈和向量表，然后跳转到SystemInit函数配置系统时钟，然后通过__main最终进入到main函数；
MDK并没有将启动文件的所有配置开源，比如一部分的配置由__main闭源执行；我们只能配置开源的一部分启动文件的参数；
本文我们了解一下启动文件及其原理；
1 boot的启动方式
1.1 STM32F1xx
存储空间的单位都是byte是因为byte更符合人们的使用习惯；寄存器最小单位是8位寄存器，8bits可存储1byte；每个32位地址寻址1个寄存器；
| boot[1:0] | 启动地址 | 存储空间 | 启动方式 | 事项 | |
| [x:0] |
0x0800 0000- 0x0807 FFFF |
512K bytes |
Flash启动 |
使用JTAG或SWD下载 较为常用; |
|
| [0:1] |
0x1FFF F000- 0x1FFF F7FF |
2K bytes |
系统存储器启动 (ISP下载) |
使用串口下载，代码通过bootloader搬运到flash中； 该区域内存储了厂家烧录的bootloader程序(即ISP程序)，需要配合st提供的下载软件； |
|
| [1:1] |
0x2000 0000- 0x2001 0000 |
64K bytes |
内嵌SRAM启动 (MDK在线调试) |
使用JTAG或SWD下载，这个模式只能调试使用； 没有掉电存储程序的功能，(需要添加宏定义VECT_TAB_SRAM，配合脚本文件使用；) |
|
1.2 STM32H7xx
对于 STM32H743 而言，只有一个boot引脚，配合BOOT_ADD0/BOOT_ADD1 的组合配置，可以让系统从两个不同的区域启动；
| boot引脚 | 启动地址 | 默认值 | 默认值启动方式 | 事项 |
| 0 | BOOT_ADD0[15:0] | 0x0800 | Flash启动 |
启动地址高16位由BOOT_ADD0寄存器决定，低16位为0x0000； BOOT_ADD0寄存器可以修改，修改后掉电不丢失； 0x0000 0000 到 0x3FFF 0000 的存储器地址都可以设置； |
| 1 | BOOT_ADD1[15:0] | 0x1FF0 | 系统存储器启动 |
2 汇编指令
2.1 伪指令 pseudo-instruction
编译器指令，编译器在编译时会进行替换，不会生成机器代码，不占用内存；
LDR： load register；后接“=标识符”，则将标识符的地址赋值给目标寄存器，注意不是标识符内的数据；
AREA： 表示即将分配一个数据段或代码段； 需要跟分配内存的SPACE指令一起使用；
EQU： 声明常数，汇编的常数单位不是bit，而是byte；
IMPORT： 引入外部文件的声明变量；引入全局变量；
EXPORT： 声明当前文件的变量可被外部文件调用，主要提供给链接器用于连接库文件；
PROC： 与ENDP一同使用，声明一段程序代码；
ENDP： 与PROC一同使用，声明一段程序代码；
WEAK： 弱声明，如果外部文件有相同的声明，则编译外部文件的声明，不编译弱声明；
THUMB： 表示接下来的指令都是thumb指令集；thumb指令大部分只能访问R0-R7，thumb-2指令可以访问R0-R16；
ALIGN： 声明编译器需要对指令或数据的存放地址进行对齐；默认缺省值为32bit对齐(ALIGN x = 2^x )；
PRESERVE8： 当前文件的堆栈需按照8字节对齐，也就是64bit数据线对齐；
END： 每个汇编文件以END作为文件结尾；
2.2 汇编指令
编译后生成机器码，占用存储内存；
LDR： load register；后接“=常数”加载32bit常数存入目的寄存器中；
LDR.W： 同LDR指令功能相同，.W为指令宽度说明符，表示将LDR变成32位指令；
LDRH：
LDRB：
DCD： define constant double-words；分配4bytes内存空间用来存储32bits数据，并初始化
SPACE： 分配一段内存空间，并初始化这些内存空间为0； 需要跟声明内存属性的AREA伪指令一起使用；
STR： store register；"STR r0, [r1]" 表示将r0的数据存储到[r1]中，[r1]表示将r1寄存器内的数据作为地址1，对地址1的数据操作；
"STR r0, [r1]" 目的寄存器为[r1]；其他指令的目的地址都是放中间r0位置上的；
STRH：
STRB：
B ： branch，跳转到目标地址执行，执行指令集为ARM指令集；
BX： branch with exchange；跳转到目标地址执行，并且指令集从ARM指令集切换到thumb指令集；
BEQ： branch if equal；前一条搭配CMP指令使用，如果CMP相等，那么跳转到BEQ的标签处执行；
MRS： move to register from state register；读取 特殊功能寄存器的值 至 通用功能寄存器；
MSR： move to state register from register；读取 通用功能寄存器的值 至 特殊功能寄存器；
CMP： compare；"CMP r3, #1" 将r3的数据减1，结果为0，那么后面的BEQ跳转执行；CMP指令不改变r3内的数据；
ORR： or 按位或；" ORR lr, lr, #0x04 " 将后面的立即数与后面的lr寄存器数据按位或之后，再把数据存入前面的lr寄存器中；
CBZ： compare branch if zero；
CBNZ： compare branch if not zero；
2.2.1 栈操作指令
cm3不支持硬件堆栈操作，对于通用寄存器的保存是通过STM、LDM系列指令来实现的；以下为两个汇编会用到的指令；
//cm3内核STM和LDM指令默认高地址寄存器优先处理，所有后面的寄存器组排序顺序没有关系；这个原则不对，和代码冲突，保留；
STMFD： store multi full descending；等价于STMDB；
STMDB： store multi descending before；先递减地址，后push推入数据到指针所在地址；指针寄存器搭配"!"使用，则指针寄存器地址会随之改变；
LDMFD： load multi full descending；等价于LDMIA；
LDMIA： load multi increment after；先pop弹出数据到通用寄存器组，后递增地址；指针寄存器搭配"!"使用，则指针寄存器地址会随之改变；
LDMFD r1!, {r4 - r11} ;LDMIA将线程栈指针r1(操作之前先递减)指向的内容加载到CPU寄存器r4~r11
STMFD r1!, {r4 - r11} ;STMDB将CPU寄存器r4~r11的值存储到r1指向的地址(每操作一次地址将递减一次)2.3 tips
2.3.1 [register]：间接取址，作用类似指针；将register内的数据作为地址1，对地址1内的数据进行操作；
2.3.2 #常数： 汇编指令中的常数都是地址，自然数的格式为#常数；
2.3.3 ARM汇编指令-STMFD/LDMFD - Little_Village - 博客园 (cnblogs.com)
3 堆栈汇
3.1 堆栈
3.1.1 STACK 栈
主要用来存储局部变量，对象的内存块；栈空间是从高地址开始向低地址生长的；
对于多级调用的函数入口地址，使用栈空间配合连接寄存器来存储主调函数的地址；
3.1.2 HEAP 堆
动态分配时使用的内存块；堆空间是从低地址向高地址生长的；
如果程序中没有使用到动态内存分配的话，编译器是不会编译出"堆"空间的；
3.1.3 tips
关于栈空间：程序返回，栈指针大约会自动弹回，该程序使用后的地址可以重复存储使用；
关于堆空间：而动态分配的内存如果不主动释放，下次动态分配不会重复使用该内存地址，可能导致内存泄漏；
3.2 堆栈的汇编程序
;***********************分配数据段用来做"栈"********************** ; 表示即将声明数据段STACK用来做"栈"，不用填入初始数据，可读写，首地址按照2^3对齐(8字节对齐)； ; 0x1000可表示2^13，地址2^3对齐， 则可寻址2^10;即1k bytes; ×××不对； ; 0x1000可表示2^12， 即可寻址4K bytes；最高位是限制范围的，后面的0才是可表示范围；√√√ Stack_Size EQU 0x00001000 ;Stack_Size为栈大小； AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;声明一个数据段STACK，数据段属性...；需要搭配SPACE一起声明数据段STACK； Stack_Mem SPACE Stack_Size ;Stack_Mem为栈的首地址，应该是给microLIB库使用的； __initil_sp ;栈标号，表示栈顶地址；也就是栈的内存最大地址； ; **********************分配数据段用来做"堆"********************** Heap_Size EQU 0x00000800 ;2K bytes AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;声明一个数据段HEAP，属性...；需要搭配SPACE使用； __heap_base ;__heap_base 堆标号，表示"堆"的起始地址; Heap_Mem SPACE Heap_Size ;Heap_Mem 堆的首地址，应该是给microLIB库使用的; __heap_limit ;堆标号，表示"堆"的结束地址;
堆栈属性ALIGN=3，2^3字节对齐，地址8字节那就是64位对齐了；大约是为了兼容浮点运算；
3.2.1 Stack_Mem和Stack_Size
1 ;MDK针对嵌入式推出了microLIB小型库，在功能上是用来替代C标准库的； 2 ;下面代码的功能主要是决定要不要启用microLIB库；以下代码比较不重要； 3 IF :DEF:__MICROLIB 4 EXPORT __initial_sp 5 EXPORT __heap_base 6 EXPORT __heap_limit 7 ELSE 8 IMPORT __use_two_region_memory 9 EXPORT __user_initial_stackheap 10 __user_initial_stackheap 11 LDR R0, = Heap_Mem 12 LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) 13 LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) 14 LDR R3, = Stack_Mem 15 BX LR 16 ALIGN 17 ENDIF
3.2 中断向量表
;**************中断向量表***************************************************************** AREA RESET, DATA, READONLY ; 即将声明一个内存区域RESET，是数据段，只读； EXPORT __Vectors ; 声明"标识__Vectors"可以被外部文件调用 EXPORT __Vectors_End ; 声明"标识__Vectors_End"可以被外部文件调用 EXPORT __Vectors_Size ; 声明"标识__Vectors_Size"可以被外部文件调用 __Vectors DCD __initial_sp ; 分配4字节内存，初始化为栈顶地址，该内存开始的地址标识为"__Vectors" DCD Reset_Handler ; 分配4字节内存，放入复位中断服务函数的"地址标识Reset Handler" DCD NMI_Handler ; ;..... DCD 0 ; DCD WAKEUP_PIN_IRQHandler ; __Vectors_End ; 内存结束的地址标识为"__Vectors_End" __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors ; 声明标识"__Vectors_Size"用来表示中断向量表的大小 ;**************汇编代码段：上电复位中断服务程序举例*************************************************************** AREA |.text|, CODE, READONLY ; 即将声明一个内存区域.text，是代码段，只读； Reset_Handler PROC ;伪指令PROC和ENDP用来声明一个程序，当前程序段标识为"Reset_Handler" EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;声明当前程序可被外部函数调用，为弱函数 IMPORT SystemInit ;引入文件外部声明的函数SystemInit() IMPORT __main ;引入文件外部声明的函数__main() LDR R0, =SystemInit ;将32bit函数入口地址放入R0寄存器中？ BLX R0 ;跳转到R0寄存器内的地址去执行？ LDR R0, =__main ;__main为编译器自动生成的函数，主要是解析代码段table的数据，然后跳转到main函数执行， BX R0 ;给需要初始化的变量和不需要初始化的变量分配堆栈运行空间； ENDP ; ;**************汇编代码段：NMI中断服务程序举例*************************************************************** NMI_Handler PROC ; EXPORT NMI_Handler [WEAK] ;这里导入了中断服务程序，如果外部文件写了，那此处的弱函数就不使用了 B . ;B. 表示在这里跳转当前程序? 就是跳转到前面导入的程序 ENDP ;
4 Systeminit( )
这个函数还是蛮重要的，先放着，改天得完整仔细过一遍；可能应该放rcc里更适合；
SystemInit( )
/** @addtogroup STM32F10x_System_Private_Functions
* @{
*/
/**
* @brief Setup the microcontroller system
* Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the
* SystemCoreClock variable.
* @note This function should be used only after reset.
* @param None
* @retval None
*/
void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x00FF0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif
/* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
SetSysClock();
#ifdef VECT_TAB_SRAM
SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif
}5 小结
对于堆栈，平常使用的局部数组什么的不要超出栈的内存大小，超出的话内存泄漏，程序卡死；
平常说的push和pop应该只针对栈而言；如果堆也能push和pop，针对一整块动态内存，怎么搞呢？从低地址到高地址搞；
启动文件除了分配中断向量表空间之外，只主动执行了一个Reset_Handler一个函数，
Reset_Handler函数跳转到system_init函数执行，然后跳转到MDK的__main函数执行；
