分析STM32的三種上電啟動過程

上一篇文章我寫了STM32的RAM和Flash，文章最后我建議大家來深入研究一下STM32上電啟動過程。同時有小伙伴留言說想讓我講一下IAP(在線升級程序)。其實如果搞懂STM32的上電啟動過程，那么IAP就可以信手拈來了。下面我們一起來研究研究。

先說啟動文件

我們正常在操作一款單片機的時候，都是從main函數(shù)開始進行編程的，但是單片機上電是從main函數(shù)開始執(zhí)行的嗎？答案當(dāng)然是否定的，在main函數(shù)之前單片機最先執(zhí)行的是硬件設(shè)置SP、PC然后是“啟動文件”，一般主要是項目文件里面的startup_xxxxx.s文件。其實這個就是我們常說的Bootloader。

其實不光STM32系列單片機是這樣，我們接觸的NXP的微控制器、TI的MSP430以及51單片機等等其實都是有上述的啟動文件的。啟動文件負責(zé)的就是從單片機復(fù)位開始到main函數(shù)之前這段時間所需要進行的工作。我們一般很少接觸啟動文件的主要原因是開發(fā)環(huán)境往往給開發(fā)者自動的提供了這個啟動文件，不需要我們再去操心，直接從main函數(shù)開始進行設(shè)計就可以了。

STM32三種啟動方式

接觸過STM32系列單片機的朋友應(yīng)該知道STM32有三種啟動模式，用戶可以通過設(shè)置BOOT0和BOOT1的引腳電平狀態(tài)，來選擇復(fù)位后的啟動模式。

需要注意的是STM32上電復(fù)位以后，代碼區(qū)都是從0x00000000開始的，三種啟動模式只是將各自存儲空間的地址映射到0x00000000中。

1）從Flash啟動，將Flash地址0x08000000映射到0x00000000，這樣啟動以后就相當(dāng)于從0x08000000開始的，這是我們最常用的模式；

2）從SRAM啟動，將SRAM地址0x20000000映射到0x00000000，這樣啟動以后就相當(dāng)于從0x20000000開始的，用于調(diào)試，筆者基本沒用過；

3）從系統(tǒng)存儲器啟動(可以看上篇文章里的內(nèi)存映射圖，System memory)，將系統(tǒng)存儲器地址0x1FFFF000映射到0x00000000，這樣啟動以后就相當(dāng)于從0x1FFFF000開始執(zhí)行的，值得注意的是這個系統(tǒng)存儲器里面存儲的其實是STM32自帶的Bootloader代碼，這其實是一個官方的IAP，它提供了可以通過UART1接口將用戶的代碼下載到Flash中的功能，下載完以后再切換到從Flash中啟動就可以正常運行了。打個比方這個官方的Bootloader就相當(dāng)于我們玩路由器時的“不死breed”。筆者之前在調(diào)STM32低功耗的時候?qū)⑾螺d口給復(fù)用了其他功能導(dǎo)致“變磚”，就是通過這種方式恢復(fù)的

切回正題

下面我們來具體看一下從用戶的Flash啟動STM32，從上電到main函數(shù)之間的這段時間都做了什么。

1)第一步是硬件設(shè)置SP、PC

我們參考《Cortex-M3權(quán)威指南》向量表章節(jié)表7.6，如下圖所示：

前兩段地址主要是用來指定SP和PC的初值，上一節(jié)我們已經(jīng)知道了映射關(guān)系，所以這時已自動從0x08000000位置處讀取數(shù)據(jù)賦值給了棧指針SP，從0x08000004位置處讀取數(shù)據(jù)賦值給了PC。需要注意的是這個復(fù)位向量初始值并不是固定的，可以通過一個叫“向量表偏移量寄存器”來修改定位。

下圖是我們那個開源OLED時鐘項目的HEX文件，用J-Flash打開就可以看到設(shè)置完的SP=0x20005B88，PC=0x0800282D。

2)第二步是設(shè)置系統(tǒng)時鐘

我們接著來追蹤系統(tǒng)的運行軌跡，上面我們已經(jīng)知道了PC的地址為0x0800282D，但是這沒有遵循4字節(jié)對齊，我們將其對齊為0x0800282C，這時我們打開項目文件里面的.map文件，找到這個地址，如下圖示：

我們發(fā)現(xiàn)來到了第一節(jié)說的startup_xxxxx.s文件，我們打開startup文件找到：

我們發(fā)現(xiàn)運行到了SystemInit，C的世界我們就不陌生了，在項目文件的system_stm32f10x.c里面可以找到SystemInit函數(shù)，也就是初始化系統(tǒng)時鐘了。

3)第三步是___main

到這里大家可能會以為已經(jīng)到了main函數(shù)了，其實不是這樣的。___main和main是不一樣的，我們尋找這個___main會發(fā)現(xiàn)找不到，startup文件里面沒有，map文件里面也沒有。其實它是在MDK自帶的庫里面了，主要的功能是軟件設(shè)置SP、加載.data.bss并初始化棧區(qū)。由于需要在線跟蹤才能看到，我在這里就不給大家列出來了，感興趣的朋友可以深入研究一下。

4)最后來到C的世界

在執(zhí)行到___main的最后就跳轉(zhuǎn)到了C文件的main函數(shù)了。

最后用一張圖來整體看一下流程：

總 結(jié)

到這里STM32的存儲器以及上電啟動過程就完整的總結(jié)完了，希望對大家有所幫助，大家如果感興趣可以在調(diào)試STM32的時候一步一步的來跟蹤一下看看，每一款單片機的啟動文件其實都是很值得玩味的，對我們系統(tǒng)的來體會控制器的架構(gòu)、指令集、中斷向量等內(nèi)容是很有幫助的。大家如果將啟動過程了解清楚了對我們后面來進行IAP等有意思的操作是很有幫助的。