解析STM32的啓動過程
當前的嵌入式應用程序開發過程裏，並且C語言成爲了絕大部分場合的最佳選擇。如此一來main函數似乎成爲了理所當然的起點——因爲C程序往往從main函數開始執行。但一個經常會被忽略的問題是：微控制器(單片機)上電後，是如何尋找到並執行main函數的呢?很顯然微控制器無法從硬件上定位main函數的入口地址，因爲使用C語言作爲開發語言後，變量/函數的地址便由編譯器在編譯時自行分配，這樣一來main函數的入口地址在微控制器的內部存儲空間中不再是絕對不變的。相信讀者都可以回答這個問題，答案也許大同小異，但肯定都有個關鍵詞，叫“啓動文件”，用英文單詞來描述是“Bootloader”。
無論性能高下，結構簡繁，價格貴賤，每一種微控制器(處理器)都必須有啓動文件，啓動文件的作用便是負責執行微控制器從“復位”到“開始執行main函數”中間這段時間(稱爲啓動過程)所必須進行的工作。最爲常見的51，AVR或MSP430等微控制器當然也有對應啓動文件，但開發環境往往自動完整地提供了這個啓動文件，不需要開發人員再行干預啓動過程，只需要從main函數開始進行應用程序的設計即可。
話題轉到STM32微控制器，無論是keil
UVision4還是IAR EWARM開發環境，ST公司都提供了現成的直接可用的啓動文件，程序開發人員可以直接引用啓動文件後直接進行C應用程序的開發。這樣能大大減小開發人員從其它微控制器平臺跳轉至STM32平臺，也降低了適應STM32微控制器的難度(對於上一代ARM的當家花旦ARM9，啓動文件往往是第一道難啃卻又無法逾越的坎)。 相對於ARM上一代的主流ARM7/ARM9內核架構，新一代Cortex內核架構的啓動方式有了比較大的變化。ARM7/ARM9內核的控制器在復位後，CPU會從存儲空間的絕對地址0x000000取出第一條指令執行復位中斷服務程序的方式啓動，即固定了復位後的起始地址爲0x000000(PC = 0x000000)同時中斷向量表的位置並不是固定的。而Cortex-M3內核則正好相反，有3種情況:
1、 通過boot引腳設置可以將中斷向量表定位於SRAM區，即起始地址爲0x2000000，同時復位後PC指針位於0x2000000處;
2、 通過boot引腳設置可以將中斷向量表定位於FLASH區，即起始地址爲0x8000000，同時復位後PC指針位於0x8000000處;
3、 通過boot引腳設置可以將中斷向量表定位於內置Bootloader區，本文不對這種情況做論述;
而Cortex-M3內核規定，起始地址必須存放堆頂指針，而第二個地址則必須存放復位中斷入口向量地址，這樣在Cortex-M3內核復位後，會自動從起始地址的下一個32位空間取出復位中斷入口向量，跳轉執行復位中斷服務程序。對比ARM7/ARM9內核，Cortex-M3內核則是固定了中斷向量表的位置而起始地址是可變化的。
有了上述準備只是後，下面以STM32的2.02固件庫提供的啓動文件“stm32f10x_vector.s”爲模板，對STM32的啓動過程做一個簡要而全面的解析。
程序清單一：
;文件“stm32f10x_vector.s”，其中註釋爲行號
DATA_IN_ExtSRAM EQU 0 ;1 Stack_Size EQU 0x00000400 ;2 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;3 Stack_Mem SPACE Stack_Size ;4 __initial_sp ;5 Heap_Size EQU 0x00000400 ;6 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN = 3 ;7 __heap_base ;8 Heap_Mem SPACE Heap_Size ;9 __heap_limit ;10 THUMB ;11 PRESERVE8 ;12 IMPORT NMIException ;13 IMPORT HardFaultException ;14 IMPORT MemManageException ;15 IMPORT BusFaultException ;16 IMPORT UsageFaultException ;17 IMPORT SVCHandler ;18 IMPORT DebugMonitor ;19 IMPORT PendSVC ;20 IMPORT SysTickHandler ;21 IMPORT WWDG_IRQHandler ;22 IMPORT PVD_IRQHandler ;23 IMPORT TAMPER_IRQHandler ;24 IMPORT RTC_IRQHandler ;25 IMPORT FLASH_IRQHandler ;26 IMPORT RCC_IRQHandler ;27 IMPORT EXTI0_IRQHandler ;28 IMPORT EXTI1_IRQHandler ;29 IMPORT EXTI2_IRQHandler ;30 IMPORT EXTI3_IRQHandler ;31 IMPORT EXTI4_IRQHandler ;32 IMPORT DMA1_Channel1_IRQHandler ;33 IMPORT DMA1_Channel2_IRQHandler ;34 IMPORT DMA1_Channel3_IRQHandler ;35 IMPORT DMA1_Channel4_IRQHandler ;36 IMPORT DMA1_Channel5_IRQHandler ;37 IMPORT DMA1_Channel6_IRQHandler ;38 IMPORT DMA1_Channel7_IRQHandler ;39 IMPORT ADC1_2_IRQHandler ;40 IMPORT USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;41 IMPORT USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;42 IMPORT CAN_RX1_IRQHandler ;43 IMPORT CAN_SCE_IRQHandler ;44 IMPORT EXTI9_5_IRQHandler ;45 IMPORT TIM1_BRK_IRQHandler ;46 IMPORT TIM1_UP_IRQHandler ;47 IMPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;48 IMPORT TIM1_CC_IRQHandler ;49 IMPORT TIM2_IRQHandler ;50 IMPORT TIM3_IRQHandler ;51 IMPORT TIM4_IRQHandler ;52 IMPORT I2C1_EV_IRQHandler ;53 IMPORT I2C1_ER_IRQHandler ;54 IMPORT I2C2_EV_IRQHandler ;55 IMPORT I2C2_ER_IRQHandler ;56 IMPORT SPI1_IRQHandler ;57 IMPORT SPI2_IRQHandler ;58 IMPORT USART1_IRQHandler ;59 IMPORT USART2_IRQHandler ;60 IMPORT USART3_IRQHandler ;61 IMPORT EXTI15_10_IRQHandler ;62 IMPORT RTCAlarm_IRQHandler ;63 IMPORT USBWakeUp_IRQHandler ;64 IMPORT TIM8_BRK_IRQHandler ;65 IMPORT TIM8_UP_IRQHandler ;66 IMPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;67 IMPORT TIM8_CC_IRQHandler ;68 IMPORT ADC3_IRQHandler ;69 IMPORT FSMC_IRQHandler ;70 IMPORT SDIO_IRQHandler ;71 IMPORT TIM5_IRQHandler ;72 IMPORT SPI3_IRQHandler ;73 IMPORT UART4_IRQHandler ;74 IMPORT UART5_IRQHandler ;75 IMPORT TIM6_IRQHandler ;76 IMPORT TIM7_IRQHandler ;77 IMPORT DMA2_Channel1_IRQHandler ;78 IMPORT DMA2_Channel2_IRQHandler ;79 IMPORT DMA2_Channel3_IRQHandler ;80 IMPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;81 AREA RESET, DATA, READONLY ;82 EXPORT __Vectors ;83 __Vectors ;84 DCD __initial_sp ;85 DCD Reset_Handler ;86 DCD NMIException ;87 DCD HardFaultException ;88 DCD MemManageException ;89 DCD BusFaultException ;90 DCD UsageFaultException ;91 DCD 0 ;92 DCD 0 ;93 DCD 0 ;94 DCD 0 ;95 DCD SVCHandler ;96 DCD DebugMonitor ;97 DCD 0 ;98 DCD PendSVC ;99 DCD SysTickHandler ;100 DCD WWDG_IRQHandler ;101 DCD PVD_IRQHandler ;102 DCD TAMPER_IRQHandler ;103 DCD RTC_IRQHandler ;104 DCD FLASH_IRQHandler ;105 DCD RCC_IRQHandler ;106 DCD EXTI0_IRQHandler ;107 DCD EXTI1_IRQHandler ;108 DCD EXTI2_IRQHandler ;109 DCD EXTI3_IRQHandler ;110 DCD EXTI4_IRQHandler ;111 DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ;112 DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ;113 DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ;114 DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ;115 DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ;116 DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ;117 DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ;118 DCD ADC1_2_IRQHandler ;119 DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ;120 DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ;121 DCD CAN_RX1_IRQHandler ;122 DCD CAN_SCE_IRQHandler ;123 DCD EXTI9_5_IRQHandler ;124 DCD TIM1_BRK_IRQHandler ;125 DCD TIM1_UP_IRQHandler ;126 DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ;127 DCD TIM1_CC_IRQHandler ;128 DCD TIM2_IRQHandler ;129 DCD TIM3_IRQHandler ;130 DCD TIM4_IRQHandler ;131 DCD I2C1_EV_IRQHandler ;132 DCD I2C1_ER_IRQHandler ;133 DCD I2C2_EV_IRQHandler ;134 DCD I2C2_ER_IRQHandler ;135 DCD SPI1_IRQHandler ;136 DCD SPI2_IRQHandler ;137 DCD USART1_IRQHandler ;138 DCD USART2_IRQHandler ;139 DCD USART3_IRQHandler ;140 DCD EXTI15_10_IRQHandler ;141 DCD RTCAlarm_IRQHandler ;142 DCD USBWakeUp_IRQHandler ;143 DCD TIM8_BRK_IRQHandler ;144 DCD TIM8_UP_IRQHandler ;145 DCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ;146 DCD TIM8_CC_IRQHandler ;147 DCD ADC3_IRQHandler ;148 DCD FSMC_IRQHandler ;149 DCD SDIO_IRQHandler ;150 DCD TIM5_IRQHandler ;151 DCD SPI3_IRQHandler ;152 DCD UART4_IRQHandler ;153 DCD UART5_IRQHandler ;154 DCD TIM6_IRQHandler ;155 DCD TIM7_IRQHandler ;156 DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ;157 DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ;158 DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ;159 DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ;160 AREA |.text|, CODE, READONLY ;161 Reset_Handler PROC ;162 EXPORT Reset_Handler ;163 IF DATA_IN_ExtSRAM == 1 ;164 LDR R0,= 0x00000114 ;165 LDR R1,= 0x40021014 ;166 STR R0,[R1] ;167 LDR R0,= 0x000001E0 ;168 LDR R1,= 0x40021018 ;169 STR R0,[R1] ;170 LDR R0,= 0x44BB44BB ;171 LDR R1,= 0x40011400 ;172 STR R0,[R1] ;173 LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;174 LDR R1,= 0x40011404 ;175 STR R0,[R1] ;176 LDR R0,= 0xB44444BB ;177 LDR R1,= 0x40011800 ;178 STR R0,[R1] ;179 LDR R0,= 0xBBBBBBBB ;180 LDR R1,= 0x40011804 ;181 STR R0,[R1] ;182 LDR R0,= 0x44BBBBBB ;183 LDR R1,= 0x40011C00 ;184 STR R0,[R1] ;185 LDR R0,= 0xBBBB4444 ;186 LDR R1,= 0x40011C04 ;187 STR R0,[R1] ;188 LDR R0,= 0x44BBBBBB ;189 LDR R1,= 0x40012000 ;190 STR R0,[R1] ;191 LDR R0,= 0x44444B44 ;192 LDR R1,= 0x40012004 ;193 STR R0,[R1] ;194 LDR R0,= 0x00001011 ;195 LDR R1,= 0xA0000010 ;196 STR R0,[R1] ;197 LDR R0,= 0x00000200 ;198 LDR R1,= 0xA0000014 ;199 STR R0,[R1] ;200 ENDIF ;201 IMPORT __main ;202 LDR R0, =__main ;203 BX R0 ;204 ENDP ;205 ALIGN ;206 IF :DEF:__MICROLIB ;207 EXPORT __initial_sp ;208 EXPORT __heap_base ;209 EXPORT __heap_limit ;210 ELSE ;211 IMPORT __use_two_region_memory ;212 EXPORT __user_initial_stackheap ;213 __user_initial_stackheap ;214 LDR R0, = Heap_Mem ;215 LDR R1, = (Stack_Mem + Stack_Size) ;216 LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) ;217 LDR R3, = Stack_Mem ;218 BX LR ;219 ALIGN ;220 ENDIF ;221 END ;222 ENDIF ;223 END ;224
如程序清單一，STM32的啓動代碼一共224行，使用了彙編語言編寫，這其中的主要原因下文將會給出交代。現在從第一行開始分析：
? 第1行：定義是否使用外部SRAM，爲1則使用，爲0則表示不使用。此語行若用C語言表達則等價於：
#define DATA_IN_ExtSRAM 0
? 第2行：定義棧空間大小爲0x00000400個字節，即1Kbyte。此語行亦等價於：
#define Stack_Size 0x00000400
? 第3行：僞指令AREA，表示
? 第4行：開闢一段大小爲Stack_Size的內存空間作爲棧。
? 第5行：標號__initial_sp，表示棧空間頂地址。
? 第6行：定義堆空間大小爲0x00000400個字節，也爲1Kbyte。
? 第7行：僞指令AREA，表示
? 第8行：標號__heap_base，表示堆空間起始地址。
? 第9行：開闢一段大小爲Heap_Size的內存空間作爲堆。
? 第10行：標號__heap_limit，表示堆空間結束地址。
? 第11行：告訴編譯器使用THUMB指令集。
? 第12行：告訴編譯器以8字節對齊。
? 第13—81行：IMPORT指令，指示後續符號是在外部文件定義的(類似C語言中的全局變量聲明)，而下文可能會使用到這些符號。
? 第82行：定義只讀數據段，實際上是在CODE區(假設STM32從FLASH啓動，則此中斷向量表起始地址即爲0x8000000)
? 第83行：將標號__Vectors聲明爲全局標號，這樣外部文件就可以使用這個標號。
? 第84行：標號__Vectors，表示中斷向量表入口地址。
? 第85—160行：建立中斷向量表。
? 第161行：
? 第162行：復位中斷服務程序，PROC…ENDP結構表示程序的開始和結束。
? 第163行：聲明覆位中斷向量Reset_Handler爲全局屬性，這樣外部文件就可以調用此復位中斷服務。
? 第164行：IF…ENDIF爲預編譯結構，判斷是否使用外部SRAM，在第1行中已定義爲“不使用”。
? 第165—201行：此部分代碼的作用是設置FSMC總線以支持SRAM，因不使用外部SRAM因此此部分代碼不會被編譯。
? 第202行：聲明__main標號。
? 第203—204行：跳轉__main地址執行。
? 第207行：IF…ELSE…ENDIF結構，判斷是否使用DEF:__MICROLIB(此處爲不使用)。
? 第208—210行：若使用DEF:__MICROLIB，則將__initial_sp，__heap_base，__heap_limit亦即棧頂地址，堆始末地址賦予全局屬性，使外部程序可以使用。
? 第212行：定義全局標號__use_two_region_memory。
? 第213行：聲明全局標號__user_initial_stackheap，這樣外程序也可調用此標號。
? 第214行：標號__user_initial_stackheap，表示用戶堆棧初始化程序入口。
? 第215—218行：分別保存棧頂指針和棧大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。
? 第224行：程序完畢。
以上便是STM32的啓動代碼的完整解析，接下來對幾個小地方做解釋：
1、 AREA指令：僞指令，用於定義代碼段或數據段，後跟屬性標號。其中比較重要的一個標號爲“READONLY”或者“READWRITE”，其中“READONLY”表示該段爲只讀屬性，聯繫到STM32的內部存儲介質，可知具有隻讀屬性的段保存於FLASH區，即0x8000000地址後。而“READONLY”表示該段爲“可讀寫”屬性，可知“可讀寫”段保存於SRAM區，即0x2000000地址後。由此可以從第3、7行代碼知道，堆棧段位於SRAM空間。從第82行可知，中斷向量表放置與FLASH區，而這也是整片啓動代碼中最先被放進FLASH區的數據。因此可以得到一條重要的信息：0x8000000地址存放的是棧頂地址__initial_sp，0x8000004地址存放的是復位中斷向量Reset_Handler(STM32使用32位總線，因此存儲空間爲4字節對齊)。
2、 DCD指令：作用是開闢一段空間，其意義等價於C語言中的地址符“&”。因此從第84行開始建立的中斷向量表則類似於使用C語言定義了一個指針數組，其每一個成員都是一個函數指針，分別指向各個中斷服務函數。
3、 標號：前文多處使用了“標號”一詞。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。
4、 第202行中的__main標號並不表示C程序中的main函數入口地址，因此第204行也並不是跳轉至main函數開始執行C程序。__main標號表示C/C++標準實時庫函數裏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(對於程序清單一來說則是跳轉__user_initial_stackheap標號進行初始化堆棧的)，並初始化映像文件，最後跳轉C程序中的main函數。這就解釋了爲何所有的C程序必須有一個main函數作爲程序的起點——因爲這是由C/C++標準實時庫所規定的——並且不能更改，因爲C/C++標準實時庫並不對外界開發源代碼。因此，實際上在用戶可見的前提下，程序在第204行後就跳轉至.c文件中的main函數，開始執行C程序了。
至此可以總結一下STM32的啓動文件和啓動過程。首先對棧和堆的大小進行定義，並在代碼區的起始處建立中斷向量表，其第一個表項是棧頂地址，第二個表項是復位中斷服務入口地址。然後在復位中斷服務程序中跳轉¬¬C/C++標準實時庫的__main函數，完成用戶堆棧等的初始化後，跳轉.c文件中的main函數開始執行C程序。假設STM32被設置爲從內部FLASH啓動(這也是最常見的一種情況)，中斷向量表起始地位爲0x8000000，則棧頂地址存放於0x8000000處，而復位中斷服務入口地址存放於0x8000004處。當STM32遇到復位信號後，則從0x80000004處取出復位中斷服務入口地址，繼而執行復位中斷服務程序，然後跳轉__main函數，最後進入mian函數，來到C的世界。
分享一些stm32方面的資料
（stm32串口應用）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1164.html?s=45051
STM32可以這樣玩
http://www.makeru.com.cn/live/4034_1460.html?s=45051
（stm32直流電機驅動）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1218.html?s=45051