本文分析STM32单片机从上电到运行的过程,目的在于了解STM32单片机从启动到运行的整个过程。
一般我们在使用STM32单片机的时候,都是使用官方提供的驱动文件,移植到自己即将要使用的工程中,移植完成之后再编写自己的逻辑代码,放到main( )函数中,就可以完美的运行起来了。相信很多的人都没有去关注过STM32从启动到运行这个过程都发生了什么,现在就简单分析一些这个过程。
本文以STM32F103为例进行分析。在官方给我们提供的启动文件中,将整个单片机的启动过程要做的事情都已经帮我们做好了,以至于我们在使用这款单片机的时候,几乎可以不会吹灰之力就可以运行起来。STM32F103的启动文件形如:
根据不同的芯片容量,都有相对应的启动文件可供选择,实际使用根据芯片容量选择合适的启动文件即可。
启动文件的主要作用有:
1)设置栈
2)初始化 SP 指针
3)设置堆
4)复位中断服务函数
5)调用 SystemInit()函数来完成初始化工作
6)调用__main,该函数内部会调用 main()函数
1、设置栈
从启动文件中可以看到:
上述代码中: 1)35行,将栈的大小设为0x00000400(即1024 = 1KB)。 2)37行,栈名称为STACK,不初始化,可读可写,8(2^3)字节对齐。 3)38行,分配一片连续的存储区域并初始化为 0,大小为0x400个字节。 4)39行,__initial_sp表示栈的结束地址,即栈顶地址,STM32中栈是由高地址向低地址生长。
2、设置堆
上述代码中: 1)45行,将堆的大小设为0x00000200(即512B = 0.5KB)。 2)47行,栈名为HEAP,不初始化,可读可写,8(2^3)字节对齐。 3)48行,堆空间起始地址。 4)49行,堆空间:0x200个字节。 5)50行,堆空间结束地址。
3、对堆栈属性进行设置
1)PRESERVE8 指令指定当前文件保持堆栈八字节对齐。 2)告诉汇编器下面是32位的Thumb指令,如果需要汇编器将插入位以保证对齐。
4、设置中断向量表
1)57行,定义一块数据段,只可读,段名字是RESET。
2)58行,EXPORT:在程序中声明一个全局的标号__Vectors,该标号可在其他的文件中引用。
3)59行,在程序中声明一个全局的标号__Vectors_End。
4)60行,在程序中声明一个全局的标号__Vectors_Size。
之后的是中断的定义,可以分为两部分:
一部分是系统内部中断:
另一部分是外部中断:
在之后是中断向量表的其他设置:
1)142行,得到向量表的大小。
2)144行,定义一个代码段,可读,段名字是.text。
5、中断功能的定义
复位中断:
1)149行,IMPORT:伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义。 2)150行,系统初始化。 3)151行,R0的值为SystemInit的地址。
4)152行,切换指令集,跳到SystemInit。 5)153行,R0的值为__main的地址。__main是库提供的函数。用于完成堆栈,堆的初始化等工作,还会调用__user_initial_stackheap。 6)154行,切换指令集,跳到__main,并且最终会跳转到main(),进入C语言运行环境。
6、用户栈和堆初始化
1)333行,如果勾选了micro lib,使用微库。 2)339行,没有勾选微库。
1)344,用户堆栈初始化程序入口。 2)346,保存堆起始地址。 3)347行,保存栈结束地址。 4)348行,保存堆结束地址。 5)349行,保存栈起始地址。
7、中断跳转
中断发生之后,是怎么实现跳转到相应的中断服务函数里面的呢? 1)首先,前面
定义好了中断的响应函数,即中断向量表,标号__Vectors,表示中断向量表的入口地址。2)我们假设STM32从FLASH启动,则中断向量表起始地址为0x8000000,STM32上电后根据boot引脚来决定PC位置,即启动后PC跳到0x08000000。3)然后CPU会先取2个地址,第一个是栈顶地址,第二个是复位异常地址(Reset_Handler),Reset_Handler最终会进入到C语言的运行环境,这个时候会先配置NVIC,使用NVIC_SetVectorTable()可以配置中断向量表的起始地址和偏移,告诉CPU该向量表是位于Flash还是Ram,偏移是多少。 4)在发生中断后,CPU找到中断向量表地址,然后根据偏移(对号入座)再找到中断地址,这样就完成了跳转了。