ARM啓動流程及啓動代碼分析

一、ARM的啓動流程

基於ARM的芯片多數爲複雜的片上系統。這種複雜系統裏的多數硬件模塊都是可配置的。需要由軟件來設置其需要的工作狀態。因此在用戶的應用程序之前，需要由專門的一段代碼來完成對系統的初始化。由於這類代碼直接面對處理器內核和硬件控制器進行編程，一般都是用匯編語言。一般通用的內容包括：

中斷向量表
初始化存儲器系統
初始化堆棧
初始化有特殊要求的端口,設備
初始化用戶程序執行環境
改變處理器模式
呼叫主應用程序

二、ARM的啓動文件

以stm32的啓動文件爲例，stm32的啓動文件一般都是包含在具體單片機型號的彙編文件中（.s文件），下圖爲啓動文件的簡述(description)

和我們預想的差不多，該啓動文件主要包含了初始化堆棧、初始化程序指針（PC）、初始化中斷向量表、配置系統時鐘和外部Sram（可選）、跳轉到main函數

三、啓動文件代碼具體分析

第一部分配置堆和棧的大小（Stack_size Heap_size） 如上圖

AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ；定義棧，可初始爲0，8字節對齊 (堆代碼類似相同功能)
Stack_Mem SPACE Stack_Size ；分配0x400個連續字節，並初始化爲0 (堆代碼類似相同功能)
__initial_sp ；彙編代碼地址標號 (堆代碼類似相同功能)
PRESERVE8 ；指定當前文件堆棧8字節對齊
THUMB ；告訴彙編器下面是32爲的Thumb指令，如果需要彙編器將插入位以保證對齊

第二部分定義中斷向量表

 AREA    RESET, DATA, READONLY ;定義復位向量段，只讀
    EXPORT  __Vectors   ；定義一個可以在其他文件中使用的全局標號。此處表示中斷地址
    __Vectors       DCD     __initial_sp                  ; 給__initial_sp分配4字節32位的地址0x0
                DCD     Reset_Handler           ; 給標號Reset Handler分配地址爲0x00000004
                DCD     NMI_Handler            ; 給標號NMI Handler分配地址0x00000008
                DCD     HardFault_Handler        ; Hard Fault Handler
                DCD    ……
    __Vectors_End 

【注】DCD表示分配一段內存單元，並用指令的數據初始化

第三部分Reset_Handler 及假異常處理程序的定義

AREA |.text|, CODE, READONLY ；代碼段定義爲只讀

Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit				//把SystemInit 的地址加載到寄存器R0。
                 BLX     R0								//程序跳轉到R0 中的地址執行程序
                 LDR     R0, =__main					//把_main 的地址加載到寄存器R0
                 BX      R0								//程序跳轉到R0 中的地址執行程序，執行完畢之後就去到我們熟知的C 世界。
                 ENDP									//表示子程序的結束

//PROC 定義了一個叫 Reset_Handler 的子程序
//EXPORT 表示Reset_Handler 這個子程序可供其他模塊調用
//關鍵字[WEAK] 表示弱定義，如果編譯器發現在別處定義了同名的函數，則在鏈接時用別處的地址進行鏈接，如果其它地方沒有定義，編譯器也不報錯，以此處地址進行鏈接。
//IMPORT通知編譯器要使用的標號在其他文件
//SystemInit爲運行時庫提供的函數，完成系統初始化
//__main爲運行時庫提供的函數,完成堆棧,堆的初始化
其他的中斷處理子程序稱爲假異常處理子程序（ Dummy Exception Handlers）默認爲死循環可以被重新定義

NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .						//原地跳轉（死循環）
                ENDP

第四部分堆和棧的初始化

                 IF      :DEF:__MICROLIB		//“DEF”的用法——:DEF:X 就是說X定義了則爲真，否則爲假											//__MICROLIB編譯選項表示是否受用了MICROLIB的C庫而非標準C庫                
                 EXPORT  __initial_sp
                 EXPORT  __heap_base
                 EXPORT  __heap_limit
                
                 ELSE
                
                 IMPORT  __use_two_region_memory
                 EXPORT  __user_initial_stackheap
                 
__user_initial_stackheap

                 LDR     R0, =  Heap_Mem					//R0地址指向堆起始地址
                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)		//R1地址指向棧最高地址
                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)		//R2地址指向堆最高地址
                 LDR     R3, = Stack_Mem					//R1地址指向棧起始地址
                 BX      LR

                 ALIGN

                 ENDIF

                 END