浅析STM32H750启动文件

概述

1 启动文件介绍

1.1 启动文件功能

1.2 汇编语言指令

2 启动代码细节

2.1 分配栈空间

2.2 分配堆空间

2.3 中断向量表

2.4 复位程序

2.5 中断服务程序

2.5.1 CPU内部中断程序

2.5.2 CPU内部扩展中断程序

2.6 用户堆栈初始化

3 总结

概述

本文以startup_stm32h750xx.s为例，介绍stm32h750的启动代码的内容，本文对启动的每一个环节实现的功能做了简要分析，了解ARM CM7内核是如何从启动代码中跳到用户程序中，执行用户程序。

1 启动文件介绍

1.1 启动文件功能

启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：

1）初始化堆栈指针SP=_initial_sp

2）初始化PC指针=Reset_Handler

3）初始化中断向量表

4）配置系统时钟

5）调用C库函数_main初始化用户堆栈，最终跳到C语言代码段

1.2 汇编语言指令

指令名称	作用
EQU	给数字常量取一个符号名，相当于C语言中的define
AREA	汇编一个新的代码段或者数据段
SPACE	分配内存空间
PRESERVE8	当前文件堆栈需按照8字节对齐
EXPORT	声明一个标号具有全局属性，可被外部的文件使用
DCD	以字为单位分配内存，要求4字节对齐，并要求初始化这些内存
PROC	定义子程序，与ENDP成对使用，表示子程序结束
WEAK	弱定义，如果外部文件声明了一个标号，则优先使用外部文件定义的标号，如果外部文件没有定义也不出错。要注意的是：这个不是ARM的指令，是编译器的，这里放在一起只是为了方便。
IMPORT	声明标号来自外部文件，跟C语言中的EXTERN关键字类似
B	跳转到一个标号
ALIGN	编译器对指令或者数据的存放地址进行对齐，一般需要跟一个立即数，缺省表示4字节对齐。要注意的是：这个不是ARM的指令，是编译器的，这里放在一起只是为了方便
END	到达文件的末尾，文件结束
IF,ELSE,ENDIF	汇编条件分支语句，类似C语言的if else

2 启动代码细节

2.1 分配栈空间

代码第32~34行：

开辟栈的大小为0x400（1KB），名字为STACK，NOINIT即不初始化，可读可写，8（2^3）字节对齐。栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM的大小。如果编写的程序比较大，定义的局部变量很多，那么就需要修改栈的大小。如果某一天，你写的程序出现了莫名奇怪的错误，并进入了硬fault的时候，这时你就要考虑下是不是栈不够大，溢出了。

2.2 分配堆空间

代码第43~51行：

开辟堆的大小为0x200（512字节），名字为HEAP，NOINIT即不初始化，可读可写，8（2^3）字节对齐。

__heap_base: 表示对的起始地址

__heap_limit: 表示堆的结束地址, 堆是由低向高生长的，跟栈的生长方向相反

2.3 中断向量表

代码第54~58行：

定义一个数据段，名字为RESET，可读。并声明 __Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size这三个标号具有全局属性，可供外部的文件调用。

代码第230行：

__Vectors为向量表起始地址，__Vectors_End 为向量表结束地址，两个相减即可算出向量表大小。

2.4 复位程序

代码第234~245行：

复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用SystemInit（）函数初始化系统时钟，然后调用C库函数_mian（），最终调用main函数去到C的世界。

WEAK：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件重新实现，这里并不是唯一的。

IMPORT：表示该标号来自外部文件，和C语言中的EXTERN关键字类似。这里表示SystemInit和__main这两个函数均来自外部的文件。

SystemInit()是一个标准的库函数，在system_stm32f7xx.c这个库文件中定义。主要作用是配置系统时钟，这里调用这个函数之后，配置系统时钟。

__main是一个标准的C库函数，主要作用是初始化用户堆栈，最终调用main函数调到C语言中。这就是为什么写的程序都有一个main函数的原因。如果在这里不调用__main，那么程序最终就不会调用我们C文件里面的main，如果是调皮的用户就可以修改主函数的名称，然后在这里面IMPORT你写的主函数名称即可。

2.5 中断服务程序

2.5.1 CPU内部中断程序

2.5.2 CPU内部扩展中断程序

在启动文件里定义中断服务函数，其是一个weak函数，真正的中断复服务程序需要在外部的C文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置而已。

代码292~434行： 定义所有的外部中断函数名

2.6 用户堆栈初始化

代码587~596行：判断是否定义了__MICROLIB ，如果定义了则赋予标号__initial_sp（栈顶地址）、__heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆结束地址）全局属性，可供外部文件调用。如果没有定义（实际的情况就是我们没定义__MICROLIB）则使用默认的C库，然后初始化用户堆栈大小，这部分有C库函数__main来完成，当初始化完堆栈之后，就调用main函数去到C的世界。

代码606行：对指令或者数据存放的地址进行对齐，后面会跟一个立即数。缺省表示4字节对齐

代码610行：文件结束

3 总结

ARM Cortex-M7（CM7）内核的启动流程如下：

复位向量表：当系统复位时，程序计数器（PC）被设置为复位向量表的起始地址。复位向量表包含一系列指令地址，用于初始化处理器和引导操作系统。
复位处理：在复位向量表中，第一个指令的地址是复位处理程序的入口点。复位处理程序执行一系列初始化操作，包括初始化处理器和外设。
初始化堆栈指针：在复位处理程序中，堆栈指针（SP）被初始化为堆栈的起始地址。堆栈用于存储函数调用时的局部变量和返回地址。
初始化全局指针：在复位处理程序中，全局指针（GP）被初始化为全局变量的起始地址。全局变量存储在数据段中，可以被程序的任何部分访问。
初始化中断向量表：中断向量表包含一系列中断处理程序的入口点。在复位处理程序中，中断向量表被初始化为默认的中断处理程序入口点。后续可以通过修改中断向量表的内容来注册新的中断处理程序。
启用中断：在复位处理程序中，中断控制器（例如NVIC）被初始化并使能中断。使能中断后，当发生中断时，处理器会跳转到相应的中断处理程序并执行。
进入主程序：完成上述初始化操作后，处理器会跳转到主程序的入口点，开始执行应用程序的代码。