Cortex-M3启动代码分析

水深无声 2022-07-21 00:16 163阅读 0赞

**之前写过一篇类似的文章，对CORTEX-M3启动代码做了简要分析，现在对CORTEX-M3启动代码做一个更加详尽的分析（分析非常到位）**

**目标**

1.掌握嵌入式应用程序设计的基本知识  
2.掌握starup\_stm32f10x\_cl.s中常见汇编指令  
3.能分析starup\_stm32f10x\_cl.s启动代码

**嵌入式应用系统中的存储映射**

1.在设计嵌入式应用系统时，为了追求最好的性能价格比，系统中通常包括多种存储器，如ROM、16位RAM、32位RAM和FLASH等，这样一个重要的问题就是设计其存储系统的布局。

2.在RAM 体系结构中，系统复位后将跳转到地址0x0处执行，该处存放的是复位异常中断的中断向量。对于嵌入式系统来说，在系统复位时RAM中是不存在代码和数据的。因此在系统复位时，地址0x0处应该为ROM，即系统复位后应该首先从ROM中开始执行。

**地址0x0处为ROM**

1.这里所说的地址0x0处为ROM，是指在系统运行过程中，地址0x0处为ROM，对于嵌入式系统来说，在系统复位时地址0x0处总为ROM。这种情况非常简单，在地址0x0处存放着复位异常中断向量，根据此中断向量，程序跳转到相应的位置进行系统初始化等操作。

2.这种情况有一个缺点，通常相对于RAM来说，ROM的数据宽度较小，速度较慢，这会使系统响应异常中断的速度较慢，而且如果异常中断向量表放在ROM中，则中断向量表内容不能修改。

**地址0x0处为RAM**

1.这里所说的地址0x0处为RAM，是指在系统运行过程中，地址0x0处为RAM，对于嵌入式系统来说，在系统复位时地址0x0处总为ROM。因此，对于地址0x0处为RAM的系统，为了保证系统复位后从ROM中开始执行，在系统复位时，系统中的存储映射机构将ROM映射到地址0x0处，然后在程序运行的最初几条指令中，系统中的存储映射机构进行地址重映射，重新将RAM映射到地址0x0处。

2.优点：RAM的数据宽度较大，速度较快，这会使系统响应异常中断的速度更快。而且异常中断向量表放在RAM中，程序在运行过程中可以修改中断向量表内容，使得系统更为灵活。

**系统初始化**

系统运行环境初始化，包括异常中断向量初始化、数据栈初始化以及IO初始化等。

应用程序初始化，例如C语言变量的初始化等。

启动代码功能总结：

1）堆和栈的初始化；

2）向量表定义；

3）地址重映射及中断向量表的转移；

4）设置系统时钟频率；

5）中断寄存器的初始化；

6）进入C应用程序。

**预备知识**

√一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分  ：

1.栈区（stack）—   编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。操作方式类似于数据结构中的栈。

2.堆区（heap）   —   一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回 收   。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。

3.全局区（静态区）（static）—全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的 全局变量和静态变量在一块区域，   未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另  一块区域。  程序结束后由系统释放。

4.文字常量区   —常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放    
5. 程序代码区—存放函数体的二进制代码。   
//main.cpp

int   a   =   0;   全局初始化区

char   \*p1;   全局未初始化区

main()

> int   b;   栈    
> 
> char   s\[\]   =   “abc”;   栈      
> 
> char   \*p2;   栈    
> 
> char   \*p3   =   “123456”;   123456\\0在常量区，p3在栈上 
> 
> static   int   c   =0；   全局（静态）初始化区    
> 
> p1   =   (char   \*)malloc(10);      
> 
> p2   =   (char   \*)malloc(20);      分配得来得10和20字节的区域就在堆区。    
> 
> strcpy(p1,   "123456");   123456\\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"    优化成一个地方。

ENTRY: 伪操作指定程序的人口点  
AREA:伪操作用于定义一个代码段或者数据段  
DCD:用于分配一段字内存单元

**代码分析1**

√  栈的初始化：  
Stack\_Size      EQU     0x00000400  
  AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3  
Stack\_Mem       SPACE   Stack\_Size  
\_\_initial\_sp  
定义Stack Size为0x00000400;  
定义栈 ，可初始化为0，8字节对齐  
分配0x00000400个连续字节，并初始化为0  
汇编代码地址标号

**代码分析2**

√  堆的初始化：  
Heap\_Size       EQU     0x00000400  
 AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3  
\_\_heap\_base  
Heap\_Mem        SPACE   Heap\_Size  
\_\_heap\_limit  
定义Heap Size为0x00000400;  
 定义堆 ，可初始化为0，8字节对齐  
分配0x00000400个连续字节，并初始化为0  
汇编代码地址标号

**代码分析3**

PRESERVE8

THUMB

指定当前文件堆栈8字节对齐

告诉汇编器下面是32为的Thumb指令，如果需要汇编器将插入位以保证对齐

**代码分析4**

见 STM3210X datasheet V10C.pdf  130页  
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset  
                AREA    RESET, DATA, READONLY    
//定义复位向量段，只读  
                EXPORT  \_\_Vectors  
                EXPORT  \_\_Vectors\_End  
                EXPORT  \_\_Vectors\_Size//定义一个可以在其他文件中使用的全局标号，此处表示中断地址  
\_\_Vectors       DCD     \_\_initial\_sp              ; Top of Stack  
//给\_\_initial\_sp 分配4字节32位的地址0x0

**代码分析5**

DCD     Reset\_Handler             ; Reset Handler  
// 给标号Reset Handler分配地址为0x00000004  
DCD     NMI\_Handler               ; NMI Handler  
//给标号NMI Handler分配地址0x00000008  
                DCD     HardFault\_Handler         ; Hard Fault Handler  
                DCD     MemManage\_Handler   ; MPU Fault Handler  
                DCD     BusFault\_Handler          ; Bus Fault Handler  
                DCD     UsageFault\_Handler      ; Usage Fault Handler  
                DCD     0                         ; Reserved  
//这种形式就是保留地址，不给任何标号分配

**代码分析6**

DCD     ETH\_WKUP\_IRQHandler        ; Ethernet Wakeup through EXTI line  
                DCD     CAN2\_TX\_IRQHandler         ; CAN2 TX  
                DCD     CAN2\_RX0\_IRQHandler        ; CAN2 RX0  
                DCD     CAN2\_RX1\_IRQHandler        ; CAN2 RX1  
                DCD     CAN2\_SCE\_IRQHandler        ; CAN2 SCE  
                DCD     OTG\_FS\_IRQHandler          ; USB OTG FS  
\_\_Vectors\_End   
\_\_Vectors\_Size  EQU  \_\_Vectors\_End - \_\_Vectors

**代码分析7**

√ 中断向量表的转移  
AREA    |.text|, CODE, READONLY  //代码段定义  
; Reset handler routine  
Reset\_Handler    PROC  //标记一个函数的开始  
                 EXPORT  Reset\_Handler             \[WEAK\]  
//【WEAK】选项表示当所有的源文件都没有定义一个标号时，编译器也不给出错误信息，在多数情况下将该标号置为0，若该标号为B或BL指令引用，则将B或BL指令置为NOP操作；  
//EXPORT 提示编译器标号可以为外部文件引用；

**代码分析8**

IMPORT  \_\_main

//通知编译器要使用的标号在其他文件

LDR     R0, =\_\_main

// 使用“＝”表示LDR目前是伪指令不是标准指令，这里是把\_main的地址给R0;

BX      R0

//BX是ARM指令集和THUMB指令集之间的程序的跳转

ENDP

**代码分析9**

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)  
NMI\_Handler     PROC  
                EXPORT  NMI\_Handler                \[WEAK\]  
                B       .  
                ENDP  
HardFault\_Handler\\   
                PROC  
                EXPORT  HardFault\_Handler          \[WEAK\]  
                B       .  
                ENDP

**代码分析10**

MemManage\_Handler\\  
                PROC  
                EXPORT  MemManage\_Handler          \[WEAK\]  
                B       .  
                ENDP 。。。。。。  
CAN2\_SCE\_IRQHandler  
OTG\_FS\_IRQHandler  
                                            B       .  
                                             ENDP  
                                             ALIGN

**代码分析11**

√ 堆和栈的初始化  
; User Stack and Heap initialization  
;\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
                 IF      :DEF:\_\_MICROLIB       
//DEF:X 就是说X定义了则为真，否则为假             
                 EXPORT  \_\_initial\_sp  
                 EXPORT  \_\_heap\_base  
                 EXPORT  \_\_heap\_limit                  
                 ELSE  
                 IMPORT  \_\_use\_two\_region\_memory  
                 EXPORT  \_\_user\_initial\_stackheap

**代码分析12**

√ 堆和栈的初始化  
\_\_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

**启动配置**

从主闪存存储器启动：主闪存存储器被映射到启动空间(0x0000 0000)，但仍然能够在它原有的地址(0x0800 0000)访问它，即闪存存储器的内容可以在两个地址区域访问，0x0000 0000或0x0800 0000。  
 从系统存储器启动：系统存储器被映射到启动空间(0x0000 0000)，但仍然能够在它原有的地址(互联型产品原有地址为0x1FFF B000，其它产品原有地址为0x1FFF F000)访问它。  
 从内置SRAM启动：只能在0x2000 0000开始的地址区访问SRAM。

**启动配置**

![Image 1][]

[Image 1]: