STM32F103 单片机（基于 ARM Cortex-M3 内核）的启动过程涉及硬件初始化、固件配置和程序执行流程

https://blog.csdn.net/it_660/article/details/147457720

1. 启动模式与地址映射
STM32F103 的启动模式由 BOOT0 和 BOOT1 引脚配置决定，不同的启动模式对应不同的存储器映射：

启动模式 映射地址范围 说明
主 Flash 0x08000000~0x0807FFFF 用户程序存储在 Flash 中，复位后从 Flash 启动（默认模式）。
系统存储器 0x1FFFF000~0x1FFFF7FF 内置 Bootloader（ISP 编程用），用于通过串口/USB 下载程序。
内置 SRAM 0x20000000~0x2000FFFF 调试或临时运行代码时使用，需手动加载程序到 SRAM。
地址重映射：Cortex-M3 内核复位后，始终从 0x00000000 读取初始堆栈指针（SP）和复位向量。STM32 通过内部机制将上述物理地址映射到 0x00000000（例如，Flash 启动时 0x08000000 被映射到 0x00000000）。

2. 启动过程关键步骤
(1) 硬件复位
复位后，内核执行以下操作：

从 0x00000000 读取 初始堆栈指针（MSP）。

从 0x00000004 读取 复位向量地址（程序入口 Reset_Handler）。

跳转到复位向量地址执行代码。

(2) 启动文件（Startup Code）
启动文件（如 startup_stm32f103xe.s）是汇编代码，负责初始化关键硬件并引导到 main() 函数。主要流程如下：

初始化堆栈指针
定义主堆栈（MSP）和可选的进程堆栈（PSP）：

assembly
; 定义堆栈段
Stack_Size      EQU     0x400
                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

向量表（Vector Table）
中断向量表位于 Flash 起始位置，包含中断服务函数地址：

assembly
; 中断向量表
Vector_Table    DCD     __initial_sp             ; 初始堆栈指针
                DCD     Reset_Handler            ; 复位向量
                DCD     NMI_Handler              ; NMI 处理函数
                DCD     HardFault_Handler        ; 硬件错误处理函数
                ...                              ; 其他中断向量

复位处理函数（Reset_Handler）
复位后执行的核心初始化代码：

assembly
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler           [WEAK]
                IMPORT  SystemInit               ; 引入 SystemInit 函数
                IMPORT  __main                  ; 引入 C 库初始化函数
                LDR     R0, =SystemInit          ; 加载 SystemInit 地址
                BLX     R0                       ; 调用 SystemInit（初始化时钟等）
                LDR     R0, =__main              ; 加载 __main 地址
                BX      R0                       ; 跳转到 __main（初始化 C 库并调用 main()）
                ENDP

(3) SystemInit 函数
SystemInit() 在 system_stm32f1xx.c 中定义，负责初始化关键系统配置：

设置时钟源（HSI/HSE/PLL）。

配置 Flash 预取、等待周期。

初始化 AHB/APB 总线时钟。

可选：配置向量表偏移寄存器（VTOR）。

(4) __main 和 main()
__main：C 库函数，负责初始化全局变量、堆栈，最终调用用户 main()。

main()：用户程序入口。

关键指令说明
启动文件中的汇编指令示例：
LDR R0, =label
将 label 的地址加载到寄存器 R0。

assembly
LDR R0, =SystemInit ; 将 SystemInit 函数的地址加载到 R0
BLX R0
跳转到 R0 指向的地址（调用函数），并保存返回地址到 LR 寄存器。

assembly
BLX R0 ; 调用 SystemInit()
BX R0
跳转到 R0 指向的地址（不保存返回地址）。

assembly
BX R0 ; 跳转到 __main
PROC / ENDP
定义函数块的开始和结束。

assembly
Reset_Handler PROC
…
ENDP

4. 内存布局与 VTOR
向量表偏移寄存器（VTOR）：
默认向量表位于 Flash（0x08000000），可通过修改 VTOR 寄存器重定位向量表（如将向量表复制到 RAM）：

c
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; // 在 SystemInit 中配置
典型内存分布：

0x00000000: 映射到启动存储器（Flash/系统存储器/SRAM）
0x08000000: Flash 实际地址
0x20000000: SRAM 地址
0x40000000: 外设寄存器

5. 常见问题
启动失败的可能原因

堆栈溢出导致 MSP 初始化错误。

复位向量未正确指向 Reset_Handler。

时钟配置错误（如未启用外部晶振 HSE）。

调试技巧

检查向量表是否对齐到 0x200 的倍数。

使用调试器查看 SP 和 PC 的初始值。

总结
STM32F103 的启动过程由硬件复位、启动文件初始化、系统配置和用户程序执行组成。理解地址映射、向量表和关键指令对调试和优化启动流程至关重要。开发者可通过修改启动文件或调整 BOOT 引脚选择不同的启动模式。