近段時間由于在做ucos-iii的移植，所以就順便了解下STM32的啟動過程。經(jīng)過查閱各種官方文獻和對代碼進行單步跟蹤，詳細地敘述了STM32加電啟動的具體過程。對于關(guān)鍵性的語句都指明了出處。下面將學習成果分享給大家，由于筆者知識有限，不當之處敬請指出。     

        為了更好的說明問題，先來看STM32的內(nèi)存映射（以STM32L1xx為例）

        由于固定的內(nèi)存映射，代碼區(qū)（code area）從0x00000000開始，通過指令總線（ICode Bus）和數(shù)據(jù)總線（DCode Bus）訪問。數(shù)據(jù)區(qū)（SRAM）從0x20000000開始，通過系統(tǒng)總線（System Bus）訪問。Cortex?-M3 CPU總是通過指令總線（ICode Bus）取得復(fù)位向量，這就意味著啟動空間（boot space）只能處于代碼區(qū)（code area），典型的就是Flash。STM32系列使用了一種特殊的機制，能夠從代碼區(qū)以外的區(qū)域啟動（如，內(nèi)部的SRAM）。（《cortex-m3編程指南》）

        這就意味著，STM32系列可以有3種啟動模式，由BOOT1與BOOT0的設(shè)置決定選擇Flash、System memory還是SRAM作為啟動空間（boot space）。

          STM32把從0x00000000到0x0005FFFF的區(qū)域作為啟動空間（boot space）的別名區(qū)。

從上面兩個表中可以看出：

當從主閃存（Main Flash memory）啟動時，啟動空間別名區(qū)映射到Flash。

當從系統(tǒng)內(nèi)存（System memory）啟動時，啟動空間別名區(qū)映射到System memory。

當從內(nèi)部SRAM（Embedded SRAM）啟動時，啟動空間別名區(qū)映射到SRAM。

注：默認是這樣的映射關(guān)系，但上述的映射關(guān)系啟動后可以由軟件修改（通過修改SYSCFG啟動器的MEM_MODE位域）。

這樣，F(xiàn)lash、System memory和SRAM分別可以從別名區(qū)和原始地址處訪問。

Flash:訪問地址為0x00000000或0x08000000

System memory:訪問地址為0x00000000或0x1FF00000

SRAM：啟動時地址為0x00000000或0x20000000（STM32Fxx的參考手冊上說，啟動后只能在0x20000000開始訪問，即啟動后這個映射消失，需要重定位中斷向量表，這是特例）

System memory內(nèi)置了ST提供的boot loader，可以通過該boot loader下載程序到Flash中。

用戶程序?qū)嶋H只能存儲在Flash中，且能在Flash和SRAM中執(zhí)行（因為cortex-m3核采用哈佛結(jié)構(gòu)，代碼可直接在Flash運行，馮?諾依曼結(jié)構(gòu)則必須將代碼拷貝至RAM運行）。

Flash就像是電腦的硬盤，用于存儲代碼。

System memory就像是電腦的ROM，里面的程序有芯片廠商寫好，用戶不可改寫。

SRAM就像是電腦的內(nèi)存，里面的數(shù)據(jù)都是動態(tài)的，掉電就丟失的，用于建立堆棧等。

對于用戶代碼來說，只需要考慮從Flash啟動和從SRAM啟動兩種情況。

了解上述映射關(guān)系之后，就可以討論中斷向量表了。

Cortex-m3核的中斷向量表是不變的（中斷向量表每一項為4個字節(jié)，中斷向量表的第一項：棧頂，中斷向量表的第二項：復(fù)位向量……，中斷向量表每項內(nèi)容可以看官方的啟動文件，或者查看相關(guān)的手冊），只需要用戶設(shè)定表頭的地址。

默認情況下，從Flash啟動，中斷向量表從Flash的起始地址（0x08000000）開始存放。同時映射到0x00000000處。向量表偏移寄存器（VTOR)的值為0x00000000（實際映射到0x08000000）。

若從SRAM啟動，中斷向量表還是存放在Flash中（Flash才能固化存儲，SRAM只能加電才有效），只不過拷貝到SRAM的首地址0x20000000處。此時向量表偏移寄存器（VTOR）的值也是0x00000000（實際映射到0x20000000）。而啟動過程結(jié)束后，這個特殊的映射不復(fù)存在了（據(jù)參考手冊推測的），所以，需要修改向量表偏移寄存器（VTOR)的值為0x20000000以后的值（其中TBLOFF位域要是0x200的倍數(shù)，這個是字對齊的要求（見《cortex-m3編程手冊》），由于STM32的中斷向量一共有68+16=84個，應(yīng)該把這個數(shù)增加到下一個2的整數(shù)倍即128，然后換算成地址范圍128*4=512，就得到了0x200），以便處理中斷。

因此，無論用哪種模式啟動，復(fù)位時棧頂指針總能在0x00000000（或0x08000000）處找到，而復(fù)位向量總能在0x00000004（或0x08000004）處找到。

又根據(jù)《cortex-m3編程手冊》，復(fù)位時，CPU從0x00000000處獲取棧頂指針MSP（默認使用主堆棧），從0x00000004處獲取程序計數(shù)器PC（復(fù)位向量）。則印證了上述說法。

下面通過追蹤STM32L1xx標準外設(shè)庫V1.2.0（STM32L1xx_StdPeriph_Lib_V1.2.0）中的啟動文件startup_stm32l1xx_md.s來驗證上述說法。

先復(fù)位CPU，從寄存器窗口可以看到：

R13(SP)的值為0x20000FC0（MSP），R15(PC)的值為0x08000420。這兩個值就是地址0x00000000和地址0x00000004處存放的內(nèi)容。由于是從Flash啟動，所以，實際上也就是0x08000000和0x08000004處存放的內(nèi)容?？梢詮膬?nèi)存窗口中看出：

從0x00000000處，取出1個字（32位，4個字節(jié)），為0x20000FC0，是堆棧指針SP的值。

從0x00000004處，取出1個字（32位，4個字節(jié)），為0x08000421，而PC指針讀回0x08000420

它把末位的1變成了0，這個是由于內(nèi)存對齊造成的，因為cortex-m3核PC的LSB一定讀回0，因此指令至少是半字對齊的（《cortex-m3編程手冊》）。

同樣的結(jié)果在反匯編窗口也可以得到：

繼續(xù)跟蹤：此時程序?qū)ぶ返絇C指針指示的地址0x08000420處執(zhí)行

此處，指令 LDR R0,=SystemInit 將函數(shù)SystemInit的入口地址傳給R0，從反匯編窗口可以看到指令被寫成LDR r0,[pc,#36]，表明SystemInit的入口地址在存放在PC指針偏移36處，即0x08000420（+0x4）+0x24=0x08000448（因為CM3內(nèi)部使用了指令流水線，讀PC時返回的值是當前指令的地址+4《Cortex?-M3權(quán)威指南》）下一條指令在0x08000422處，BLX R0 將R0的值傳給PC（必須保證加載到PC的數(shù)值是奇數(shù)（即LSB=1），傳給PC后，PC的LSB讀回0），調(diào)用SystemInit函數(shù)。這個函數(shù)里面開啟了外部晶振，設(shè)置了PLL，除能了所有中斷，設(shè)置了時鐘為32MHz，并且重定位中斷向量表在0x08000000處（這句在Flash啟動時可以不需要，因為能從0x00000000映射到0x08000000）。從該函數(shù)返回后，用同樣的方式調(diào)用C/C++標準實時庫的__main函數(shù)，進行了一些處理（如用戶堆棧初始化等，具體可以跟蹤匯編代碼，這部分網(wǎng)上已有過分析，不再贅述）后，調(diào)用main函數(shù)，進入C語言環(huán)境。

關(guān)于啟動文件的中斷向量表部分：

以上是在建立中斷向量表（DCD偽指令表明，為每個中斷向量分配了1個字的連續(xù)空間）。

實際上，對啟動文件分析的資料已經(jīng)很多，也足夠詳細，此處就不再贅述了。

基于上面分析，可以總結(jié)STM32啟動的大體過程。

1、上電復(fù)位，CPU從0x00000000處獲取棧頂指針MSP（默認使用主堆棧），從0x00000004處獲取程序計數(shù)器PC（復(fù)位向量）。

2、MSP指針必然指向SRAM區(qū)的，因為堆棧必須建立在該區(qū)。

3、根據(jù)PC的值找到復(fù)位中斷處理函數(shù)Reset_Handler

4、調(diào)用SystemInit函數(shù)。

5、調(diào)用__main函數(shù)，初始化用戶堆棧

6、調(diào)用main函數(shù)，進入C語言環(huán)境