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STM32学习记载11:发动装备

当前的嵌入式应用程序开发过程里,C语言已成为了绝大部分场合的最佳选择。如此一来main函数似乎成为了理所当然的起点——因为C程序往往从ma…

当时的嵌入式应用程序开发进程里,C言语已成为了绝大部分场合的最佳挑选。如此一来main函数好像成为了天经地义的起点——由于C程序往往从main函数开端履行。但一个常常会被疏忽的问题是:微控制器单片机)上电后,是怎么寻找到并履行main函数的呢?很显然微控制器无法从硬件上定位main函数的进口地址,由于运用C言语作为开发言语后,变量/函数的地址便由编译器在编译时自行分配,这样一来main函数的进口地址在微控制器的内部存储空间中不再是必定不变的。信任读者都能够答复这个问题,答案或许迥然不同,但必定都有个关键词,叫“发动文件”,用英文单词来描绘是“Bootloader”。

不管功用高低,结构简繁,价格贵贱,每一种微控制器(处理器)都有必要有发动文件,发动文件的效果就是担任履行微控制器从“复位”到“开端履行main函数”中心这段时刻(称为发动进程)一切必要进行的作业。最为常见的51,AVR或MSP430等微控制器当然也有对应发动文件,但开发环境往往主动完好地供给了这个发动文件,不需要开发人员再行干涉发动进程,只需要从main函数开端进行应用程序的规划即可。

论题转到STM32微控制器,不管是keil uvision4仍是IAR EWARM开发环境,ST公司都供给了现成的直接可用的发动文件,程序开发人员能够直接引证发动文件后直接进行C应用程序的开发。这样能大大减小开发人员从其它微控制器渠道跳转至STM32渠道,也降低了习惯STM32微控制器的难度(关于上一代ARM的当家花旦ARM9,发动文件往往是榜首道难啃却又无法跨越的坎)。 相关于ARM上一代的干流ARM7/ARM9内核架构,新一代Cortex内核架构的发动方法有了比较大的改变。ARM7/ARM9内核的控制器在复位后,CPU会从存储空间的必定地址0x000000取出榜首条指令履行复位中止服务程序的方法发动,即固定了复位后的开端地址为0x000000(PC =0x000000)一起中止向量表的方位并不是固定的。而Cortex-M3内核则正好相反,有3种状况:
1、 经过boot引脚设置能够将中止向量表定坐落SRAM区,即开端地址为0x2000000,一起复位后PC指针坐落0x2000000处;
2、 经过boot引脚设置能够将中止向量表定坐落FLASH区,即开端地址为0x8000000,一起复位后PC指针坐落0x8000000处;
3、 经过boot引脚设置能够将中止向量表定坐落内置Bootloader区,本文不对这种状况做论说;

STM32 三种发动形式对应的存储介质均是芯片内置的 ,它们是 :

1)用户闪存 = 芯片内置的 Flash。

2)SRAM = 芯片内置的 RAM区, 就是内存啦。

3)体系存储器 = 芯片内部一块特定的区域,芯片出厂时在这个区域预置了一段 Bootloader,就是一般说的 ISP 程序。这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修正或擦除, 即它是一个 ROM 区。

在每个 STM32 S 的芯片上都有两个管脚 BOOT0 和 BOOT1 ,这两个管脚在芯片复位时的电平状况决议了芯片复位后从哪个区域开端履行程序

BOOT1=x BOOT0=0 从用户闪存发动 ,这是正常的作业形式。

BOOT1=0 BOOT0=1 从体系存储器发动 ,这种形式发动的程序功用由厂家设置 。(用于串口 ISP)

BOOT1=1 BOOT0=1 从内置 SRAM 发动,这种形式能够用于调试 。

而Cortex-M3内核规则,开端地址有必要寄存堆顶指针,而第二个地址则有必要寄存复位中止进口向量地址,这样在Cortex-M3内核复位后,会主动从开端地址的下一个32位空间取出复位中止进口向量,跳转履行复位中止服务程序。比照ARM7/ARM9内核,Cortex-M3内核则是固定了中止向量表的方位而开端地址是可改变的。有了上述预备只后,下面以STM32的2.02固件库供给的发动文件“stm32f10x_vector.s”为模板,对STM32的发动进程做一个扼要而全面的解析。
程序清单一:
;文件“stm32f10x_vector.s”,其间注释为行号
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
如程序清单一,STM32的发动代码总共224行,运用了汇编言语编写,这其间的首要原因下文将会给出告知。现在从榜首行开端剖析:
? 第1行:界说是否运用外部SRAM,为1则运用,为0则表明不运用。此语行若用C言语表达则等价于:
#define DATA_IN_ExtSRAM 0
? 第2行:界说栈空间巨细为0x00000400个字节,即1Kbyte。此语行亦等价于:
#define Stack_Size 0x00000400
? 第3行:伪指令AREA,表明
? 第4行:拓荒一段巨细为Stack_Size的内存空间作为栈。
? 第5行:标号__initial_sp,表明栈空间顶地址。
? 第6行:界说堆空间巨细为0x00000400个字节,也为1Kbyte。
? 第7行:伪指令AREA,表明
? 第8行:标号__heap_base,表明堆空间开端地址。
? 第9行:拓荒一段巨细为Heap_Size的内存空间作为堆。
? 第10行:标号__heap_limit,表明堆空间结束地址。
? 第11行:告知编译器运用THUMB指令集。
? 第12行:告知编译器以8字节对齐。
? 第13—81行:IMPORT指令,指示后续符号是在外部文件界说的(相似C言语中的大局变量声明),而下文或许会运用到这些符号。
? 第82行:界说只读数据段,实际上是在CODE区(假定STM32从FLASH发动,则此中止向量表开端地址即为0x8000000)
? 第83行:将标号__Vectors声明为大局标号,这样外部文件就能够运用这个标号。
? 第84行:标号__Vectors,表明中止向量表进口地址。
? 第85—160行:树立中止向量表。
? 第161行:
? 第162行:复位中止服务程序,PROC…ENDP结构表明程序的开端和结束。
? 第163行:声明复位中止向量Reset_Handler为大局特点,这样外部文件就能够调用此复位中止服务。
? 第164行:IF…ENDIF为预编译结构,判别是否运用外部SRAM,在第1行中已界说为“不运用”。
? 第165—201行:此部分代码的效果是设置FSMC总线以支撑SRAM,因不运用外部SRAM因而此部分代码不会被编译。
? 第202行:声明__main标号。
? 第203—204行:跳转__main地址履行。
? 第207行:IF…ELSE…ENDIF结构,判别是否运用DEF:__MICROLIB(此处为不运用)。
? 第208—210行:若运用DEF:__MICROLIB,则将__initial_sp,__heap_base,__heap_limit亦即栈顶地址,堆始末地址赋予大局特点,使外部程序能够运用。
? 第212行:界说大局标号__use_two_region_memory。
? 第213行:声明大局标号__user_initial_stackheap,这样外程序也可调用此标号。
? 第214行:标号__user_initial_stackheap,表明用户仓库初始化程序进口。
? 第215—218行:别离保存栈顶指针和栈巨细,堆始地址和堆巨细至R0,R1,R2,R3寄存器。
? 第224行:程序结束。
以上就是STM32的发动代码的完好解析,接下来对几个小地方做解说:
1、AREA指令:伪指令,用于界说代码段或数据段,后跟特点标号。其间比较重要的一个标号为“READONLY”或许“READWRITE”,其间“READONLY”表明该段为只读特点,联系到STM32的内部存储介质,可知具有只读特点的段保存于FLASH区,即0x8000000地址后。而“READONLY”表明该段为“可读写”特点,可知“可读写”段保存于SRAM区,即0x2000000地址后。由此能够从第3、7行代码知道,仓库段坐落SRAM空间。从第82行可知,中止向量表放置与FLASH区,而这也是整片发动代码中最早被放进FLASH区的数据。因而能够得到一条重要的信息:0x8000000地址寄存的是栈顶地址__initial_sp,0x8000004地址寄存的是复位中止向量Reset_Handler(STM32运用32位总线,因而存储空间为4字节对齐)。
2、 DCD指令:效果是拓荒一段空间,其含义等价于C言语中的地址符“&”。因而从第84行开端树立的中止向量表则相似于运用C言语界说了一个指针数组,其每一个成员都是一个函数指针,别离指向各个中止服务函数。
3、 标号:前文多处运用了“标号”一词。标号首要用于表明一片内存空间的某个方位,等价于C言语中的“地址”概念。地址只是表明存储空间的一个方位,从C言语的视点来看,变量的地址,数组的地址或是函数的进口地址在本质上并无差异。
4、 第202行中的__main标号并不表明C程序中的main函数进口地址,因而第204行也并不是跳转至main函数开端履行C程序。__main标号表明C/C++规范实时库函数里的一个初始化子程序__main的进口地址。该程序的一个首要效果是初始化仓库(关于程序清单一来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化仓库的),并初始化映像文件,最终跳转C程序中的main函数。这就解说了为何一切的C程序有必要有一个main函数作为程序的起点——由于这是由C/C++规范实时库所规则的——而且不能更改,由于C/C++规范实时库并不对外界开发源代码。因而,实际上在用户可见的前提下,程序在第204行后就跳转至.c文件中的main函数,开端履行C程序了。
至此能够总结一下STM32的发动文件和发动进程。首要对栈和堆的巨细进行界说,并在代码区的开端处树立中止向量表,其榜首个表项是栈顶地址,第二个表项是复位中止服务进口地址。然后在复位中止服务程序中跳转??C/C++规范实时库的__main函数,完结用户仓库等的初始化后,跳转.c文件中的main函数开端履行C程序。假定STM32被设置为从内部FLASH发动(这也是最常见的一种状况),中止向量表开端位置为0x8000000,则栈顶地址寄存于0x8000000处,而复位中止服务进口地址寄存于0x8000004处。当STM32遇到复位信号后,则从0x80000004处取出复位中止服务进口地址,继而履行复位中止服务程序,然后跳转__main函数,最终进入mian函数,来到C的国际。

STM32的内部闪存(FLASH)地址开端于0x08000000,一般状况下,程序文件就从此地址开端写入。此外STM32是依据Cortex-M3内核的微控制器,其内部经过一张“中止向量表”来呼应中止,程序发动后,将首要从“中止向量表”取出复位中止向量履行复位中止程序完结发动,而这张“中止向量表”的开端地址是0x08000004,当中止降临,STM32的内部硬件机制亦会主动将PC指针定位到“中止向量表”处,并依据中止源取出对应的中止向量履行中止服务程序。
在图53.1.1中,STM32在复位后,先从0X08000004地址取出复位中止向量的地址,并跳转到复位中止服务程序,如图标号①所示;在复位中止服务程序履行完之后,会跳转到咱们的main函数,如图标号②所示;而咱们的main函数一般都是一个死循环,在main函数履行进程中,假如收到中止请求(产生重中止),此刻STM32强制将PC指针指回中止向量表处,如图标号③所示;然后,依据中止源进入相应的中止服务程序,如图标号④所示;在履行完中止服务程序今后,程序再次回来main函数履行,如图标号⑤所示。

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