詳解STM32啟動(dòng)文件

????本文對(duì)STM32啟動(dòng)文件startup_stm32f10x_hd.s的代碼進(jìn)行講解，此文件的代碼在任何一個(gè)STM32F10x工程中都可以找到。

啟動(dòng)文件使用的ARM匯編指令匯總

Stack——棧

?

 Stack_Size EQU 0x00000400


 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
 Stack_Mem SPACE Stack_Size
 __initial_sp

?

????開(kāi)辟棧的大小為 0X00000400（1KB），名字為 STACK， NOINIT 即不初始化，可讀可寫(xiě)， 8（2^3）字節(jié)對(duì)齊。

????棧的作用是用于局部變量，函數(shù)調(diào)用，函數(shù)形參等的開(kāi)銷(xiāo)，棧的大小不能超過(guò)內(nèi)部SRAM 的大小。如果編寫(xiě)的程序比較大，定義的局部變量很多，那么就需要修改棧的大小。如果某一天，你寫(xiě)的程序出現(xiàn)了莫名奇怪的錯(cuò)誤，并進(jìn)入了硬 fault 的時(shí)候，這時(shí)你就要考慮下是不是棧不夠大，溢出了。

??? EQU：宏定義的偽指令，相當(dāng)于等于，類(lèi)似于C 中的 define。

??? AREA：告訴匯編器匯編一個(gè)新的代碼段或者數(shù)據(jù)段。STACK 表示段名，這個(gè)可以任意命名；NOINIT 表示不初始化；READWRITE 表示可讀可寫(xiě)， ALIGN=3，表示按照 2^3對(duì)齊，即 8 字節(jié)對(duì)齊。

??? SPACE：用于分配一定大小的內(nèi)存空間，單位為字節(jié)。這里指定大小等于 Stack_Size。

????標(biāo)號(hào)__initial_sp 緊挨著 SPACE 語(yǔ)句放置，表示棧的結(jié)束地址，即棧頂?shù)刂罚瑮Ｊ怯筛呦虻蜕L(zhǎng)的。

Heap——堆

?

Heap_Size EQU 0x00000200
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem SPACE Heap_Size
heap_limit

?

????開(kāi)辟堆的大小為 0X00000200（512 字節(jié)），名字為 HEAP， NOINIT 即不初始化，可讀可寫(xiě)， 8（2^3）字節(jié)對(duì)齊。__heap_base 表示對(duì)的起始地址， __heap_limit 表示堆的結(jié)束地址。堆是由低向高生長(zhǎng)的，跟棧的生長(zhǎng)方向相反。

????堆主要用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配，像 malloc()函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存就在堆上面。這個(gè)在 STM32里面用的比較少。

?

 PRESERVE8
 THUMB

?

??? PRESERVE8：指定當(dāng)前文件的堆棧按照 8 字節(jié)對(duì)齊。

??? THUMB：表示后面指令兼容 THUMB 指令。THUBM 是 ARM 以前的指令集， 16bit，現(xiàn)在 Cortex-M 系列的都使用 THUMB-2 指令集， THUMB-2 是 32 位的，兼容 16 位和 32 位的指令，是 THUMB 的超集。

向量表

?

AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
EXPORT __Vectors_End
EXPORT __Vectors_Size

?

????定義一個(gè)數(shù)據(jù)段，名字為 RESET，可讀。并聲明 __Vectors、 __Vectors_End 和__Vectors_Size 這三個(gè)標(biāo)號(hào)具有全局屬性，可供外部的文件調(diào)用。

??? EXPORT：聲明一個(gè)標(biāo)號(hào)可被外部的文件使用，使標(biāo)號(hào)具有全局屬性。如果是 IAR 編譯器，則使用的是 GLOBAL 這個(gè)指令。

????當(dāng)內(nèi)核響應(yīng)了一個(gè)發(fā)生的異常后，對(duì)應(yīng)的異常服務(wù)例程(ESR)就會(huì)執(zhí)行。為了決定 ESR的入口地址， 內(nèi)核使用了―向量表查表機(jī)制‖。這里使用一張向量表。向量表其實(shí)是一個(gè)WORD（32 位整數(shù)）數(shù)組，每個(gè)下標(biāo)對(duì)應(yīng)一種異常，該下標(biāo)元素的值則是該 ESR 的入口地址。向量表在地址空間中的位置是可以設(shè)置的，通過(guò) NVIC 中的一個(gè)重定位寄存器來(lái)指出向量表的地址。在復(fù)位后，該寄存器的值為 0。因此，在地址 0 （即 FLASH 地址 0） 處必須包含一張向量表，用于初始時(shí)的異常分配。要注意的是這里有個(gè)另類(lèi)：0 號(hào)類(lèi)型并不是什么入口地址，而是給出了復(fù)位后 MSP 的初值。下圖是F103的向量表。

?

__Vectors DCD __initial_sp ;棧頂?shù)刂?DCD Reset_Handler ;復(fù)位程序地址
DCD NMI_Handler
DCD HardFault_Handler
DCD MemManage_Handler
DCD BusFault_Handler
DCD UsageFault_Handler
DCD 0 ; 0 表示保留
DCD 0
DCD 0
DCD 0
DCD SVC_Handler
DCD DebugMon_Handler
DCD 0
DCD PendSV_Handler
DCD SysTick_Handler
;外部中斷開(kāi)始
DCD WWDG_IRQHandler
DCD PVD_IRQHandler
DCD TAMPER_IRQHandler
;限于篇幅，中間代碼省略
DCD DMA2_Channel2_IRQHandler
DCD DMA2_Channel3_IRQHandler
DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler
__Vectors_End
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

?

????__Vectors 為向量表起始地址， __Vectors_End 為向量表結(jié)束地址，兩個(gè)相減即可算出向量表大小。

????向量表從 FLASH 的 0 地址開(kāi)始放置，以 4 個(gè)字節(jié)為一個(gè)單位，地址 0 存放的是棧頂?shù)刂罚?0X04 存放的是復(fù)位程序的地址，以此類(lèi)推。從代碼上看，向量表中存放的都是中斷服務(wù)函數(shù)的函數(shù)名，可我們知道 C 語(yǔ)言中的函數(shù)名就是一個(gè)地址。

??? DCD：分配一個(gè)或者多個(gè)以字為單位的內(nèi)存，以四字節(jié)對(duì)齊，并要求初始化這些內(nèi)存。在向量表中， DCD 分配了一堆內(nèi)存，并且以 ESR 的入口地址初始化它們。

復(fù)位程序

?

AREA |.text|, CODE, READONLY

?

????定義一個(gè)名稱(chēng)為.text 的代碼段，可讀。

?

Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP

?

????復(fù)位子程序是系統(tǒng)上電后第一個(gè)執(zhí)行的程序，調(diào)用 SystemInit 函數(shù)初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，然后調(diào)用 C 庫(kù)函數(shù)_mian，最終調(diào)用 main 函數(shù)去到 C 的世界。

??? WEAK：表示弱定義，如果外部文件優(yōu)先定義了該標(biāo)號(hào)則首先引用該標(biāo)號(hào)，如果外部文件沒(méi)有聲明也不會(huì)出錯(cuò)。這里表示復(fù)位子程序可以由用戶(hù)在其他文件重新實(shí)現(xiàn)，這里并不是唯一的。

??? IMPORT：表示該標(biāo)號(hào)來(lái)自外部文件，跟 C 語(yǔ)言中的 EXTERN 關(guān)鍵字類(lèi)似。這里表示 SystemInit 和__main 這兩個(gè)函數(shù)均來(lái)自外部的文件。

??? SystemInit()是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，在 system_stm32f10x.c 這個(gè)庫(kù)文件中定義。主要作用是配置系統(tǒng)時(shí)鐘，這里調(diào)用這個(gè)函數(shù)之后，單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘配被配置為 72M。__main 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 C 庫(kù)函數(shù)，主要作用是初始化用戶(hù)堆棧，并在函數(shù)的最后調(diào)用main 函數(shù)去到 C 的世界。這就是為什么我們寫(xiě)的程序都有一個(gè) main 函數(shù)的原因。

?????LDR、 BLX、 BX 是 CM4 內(nèi)核的指令，可在《CM3 權(quán)威指南 CnR2》第四章-指令集里面查詢(xún)到，具體作用見(jiàn)下表：

?中斷服務(wù)程序

????在啟動(dòng)文件里面已經(jīng)幫我們寫(xiě)好所有中斷的中斷服務(wù)函數(shù)，跟我們平時(shí)寫(xiě)的中斷服務(wù)函數(shù)不一樣的就是這些函數(shù)都是空的，真正的中斷服務(wù)程序需要我們?cè)谕獠康?C 文件里面重新實(shí)現(xiàn)，這里只是提前占了一個(gè)位置而已。

????如果我們?cè)谑褂媚硞€(gè)外設(shè)的時(shí)候，開(kāi)啟了某個(gè)中斷，但是又忘記編寫(xiě)配套的中斷服務(wù)程序或者函數(shù)名寫(xiě)錯(cuò)，那當(dāng)中斷來(lái)臨的時(shí)，程序就會(huì)跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)文件預(yù)先寫(xiě)好的空的中斷服務(wù)程序中，并且在這個(gè)空函數(shù)中無(wú)線(xiàn)循環(huán)，即程序就死在這里。

?

NMI_Handler PROC ;系統(tǒng)異常
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
;限于篇幅，中間代碼省略
SysTick_Handler PROC
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
B .
ENDP
Default_Handler PROC ;外部中斷
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
;限于篇幅，中間代碼省略
LTDC_IRQHandler
LTDC_ER_IRQHandler
DMA2D_IRQHandler
B .
ENDP

?

??? B：跳轉(zhuǎn)到一個(gè)標(biāo)號(hào)。這里跳轉(zhuǎn)到一個(gè)‘.’，即表示無(wú)線(xiàn)循環(huán)

用戶(hù)堆棧初始化

?

ALIGN

?

??? ALIGN：對(duì)指令或者數(shù)據(jù)存放的地址進(jìn)行對(duì)齊，后面會(huì)跟一個(gè)立即數(shù)。缺省表示 4 字節(jié)對(duì)齊。

?

;用戶(hù)棧和堆初始化,由 C 庫(kù)函數(shù)_main 來(lái)完成
IF :DEF:__MICROLIB ;這個(gè)宏在 KEIL 里面開(kāi)啟
EXPORT __initial_sp
EXPORT __heap_base
EXPORT __heap_limit
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory ; 這個(gè)函數(shù)由用戶(hù)自己實(shí)現(xiàn)
EXPORT __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
LDR R3, = Stack_Mem
BX LR
ALIGN
ENDIF
END

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????首先判斷是否定義了__MICROLIB ，如果定義了這個(gè)宏則賦予標(biāo)號(hào)__initial_sp（棧頂?shù)刂罚?__heap_base（堆起始地址）、 __heap_limit（堆結(jié)束地址）全局屬性，可供外部文件調(diào)用。有關(guān)這個(gè)宏我們?cè)?KEIL 里面配置，具體見(jiàn)圖 15-2。然后堆棧的初始化就由 C 庫(kù)函數(shù)_main 來(lái)完成。

????如果沒(méi)有定義__MICROLIB，則才用雙段存儲(chǔ)器模式，且聲明標(biāo)號(hào)__user_initial_stackheap 具有全局屬性，讓用戶(hù)自己來(lái)初始化堆棧。

??? IF,ELSE,ENDIF：匯編的條件分支語(yǔ)句，跟 C 語(yǔ)言的 if ,else 類(lèi)似

??? END：文件結(jié)束

　　審核編輯：湯梓紅