首先,你要知道STM32啟動(dòng)文件中啟動(dòng)流程,你就需要掌握一點(diǎn)匯編基礎(chǔ)知識(shí)。
匯編語言屬于機(jī)器語言,或者說低級(jí)語言,C語言屬于高級(jí)語言,所以,匯編和C語言在語法上差異很大。
如果你學(xué)底層開發(fā),匯編的一些基礎(chǔ)知識(shí)需要掌握。不需要精通,但需要看懂常見的匯編代碼。
STM32的啟動(dòng)文件與編譯器有關(guān),不同編譯器,它的啟動(dòng)文件不同。
雖然啟動(dòng)文件(匯編)代碼各有不同,但它們?cè)眍愃?,都屬于匯編程序。
我們拿基于MDK-ARM的啟動(dòng)文件來舉例,說一下要點(diǎn)內(nèi)容。
從上電復(fù)位到main函數(shù)的過程主要由以下步驟:
1.初始化堆棧指針SP=_initial_sp,初始化PC指針=Reset_Handler
2.初始化中斷向量表
3.配置系統(tǒng)時(shí)鐘
4.調(diào)用C庫函數(shù)_main初始化用戶堆棧,然后進(jìn)入main函數(shù)
STM32的啟動(dòng)流程大致可分為以下幾步:
1、設(shè)置堆棧
2、跳轉(zhuǎn)到Reset_Handler
3、Reset_Handler調(diào)用SystemInit完成時(shí)鐘、中斷向量偏移的初始化工作,然后跳轉(zhuǎn)到__main,__main函數(shù)會(huì)完成RW、ZI數(shù)據(jù)段的重定位工作,即將ROM中的RW數(shù)據(jù)拷貝到RAM中,將ZI段清零,然后跳轉(zhuǎn)到_rt_entry進(jìn)行Stack和Heap的初始化。
4、跳轉(zhuǎn)到真正的main函數(shù)。
ST官方給我們提供了啟動(dòng)文件,我們可以通過啟動(dòng)文件來詳細(xì)地分析STM32的啟動(dòng)流程。我們以STM32L431為例,分析其MDK平臺(tái)的啟動(dòng)文件:startup_stm32l431xx.s,首先來熟悉啟動(dòng)文件涉及的幾個(gè)匯編命令。
啟動(dòng)文件涉及的匯編命令
一、 設(shè)置Stack(棧)大小
開辟棧的大小為 0X00000400(1KB),名字為 STACK, NOINIT 即不初始化,可讀可寫, 8(2^3)字節(jié)對(duì)齊。
棧的作用是用于局部變量,函數(shù)調(diào)用,函數(shù)形參等的開銷,棧的大小不能超過內(nèi)部SRAM 的大小。如果編寫的程序比較大,定義的局部變量很多,那么就需要修改棧的大小。如果某一天,你寫的程序出現(xiàn)了莫名奇怪的錯(cuò)誤,并進(jìn)入了HardFault 的時(shí)候,這時(shí)你就要考慮下是不是棧不夠大,溢出了。
EQU:宏定義的偽指令,相當(dāng)于等于,類似于 C 中的 define。
AREA:告訴匯編器匯編一個(gè)新的代碼段或者數(shù)據(jù)段。 STACK 表示段名,這個(gè)可以任意命名; NOINIT 表示不初始化; READWRITE 表示可讀可寫, ALIGN=3,表示按照 2^3對(duì)齊,即 8 字節(jié)對(duì)齊。
SPACE:用于分配一定大小的內(nèi)存空間,單位為字節(jié)。這里指定大小等于 Stack_Size。
標(biāo)號(hào)__initial_sp 緊挨著 SPACE 語句放置,表示棧的結(jié)束地址,即棧頂?shù)刂罚瑮J怯筛呦虻蜕L的。
二、設(shè)置Heap(堆)大小
開辟堆的大小為 0X00000200(512 字節(jié)),名字為 HEAP, NOINIT 即不初始化,可讀可寫, 8(2^3)字節(jié)對(duì)齊。 __heap_base 表示對(duì)的起始地址, __heap_limit 表示堆的結(jié)束地址。堆是由低向高生長的,跟棧的生長方向相反。
堆主要用來動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配,malloc()函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存就在堆上面,但一般都是用開發(fā)者自己實(shí)現(xiàn)的malloc。
三、定義中斷向量表
對(duì)于 Cortex-M3 內(nèi)核,ARM 規(guī)定向量表的起始位置存放的是棧頂指針 MSP 的地址值,緊接著存放的是復(fù)位中斷入口函數(shù)的地址。當(dāng)剛上電的時(shí)候,硬件會(huì)根據(jù)向量表的地址找到向量表的具體位置(對(duì)于向量表的地址是可以通過 NVIC 中的一個(gè)重定位寄存器來設(shè)置的,復(fù)位時(shí)該寄存器的值為0),然后會(huì)根據(jù)向量表中的這兩個(gè)數(shù)據(jù),設(shè)置 SP、PC 的值,這時(shí) CPU 就會(huì)從復(fù)位中斷的入口函數(shù)開始取指令運(yùn)行程序。
“DCD __initial_sp”這行代碼是將__initial_sp的值放到其實(shí)位置,硬件會(huì)初步將SP設(shè)置為__initial_sp,這樣才能調(diào)用后續(xù)的C代碼,例如SystemInit。為什么說是初步設(shè)置呢,因?yàn)楹竺嬗脩艨梢灾匦略O(shè)置SP指針。
PRESERVE8: 指定當(dāng)前文件的堆棧按照 8 字節(jié)對(duì)齊。
THUMB:表示后面指令兼容 THUMB 指令。 THUBM 是 ARM 以前的指令集, 16bit,現(xiàn)在 Cortex-M 系列的都使用 THUMB-2 指令集, THUMB-2 是 32 位的,兼容 16 位和 32 位的指令,是 THUMB 的超集。
__Vectors 為向量表起始地址, __Vectors_End 為向量表結(jié)束地址,兩個(gè)相減即可算出向量表大小。
向量表從 FLASH 的 0 地址開始放置,以 4 個(gè)字節(jié)為一個(gè)單位,地址 0 存放的是棧頂?shù)刂罚?0X04 存放的是復(fù)位程序的地址,以此類推。從代碼上看,向量表中存放的都是中斷服務(wù)函數(shù)的函數(shù)名, C 語言中的函數(shù)名就是一個(gè)地址。
DCD:分配一個(gè)或者多個(gè)以字為單位的內(nèi)存,以四字節(jié)對(duì)齊,并要求初始化這些內(nèi)存。在向量表中, DCD 分配了一堆內(nèi)存,并且以 ESR 的入口地址初始化它們。
四、默認(rèn)中斷函數(shù)
PROC和 ENDP 相當(dāng)于一個(gè)括號(hào),表示中間是一個(gè)過程的代碼。接下來就是非常重要的一個(gè)中斷:復(fù)位中斷Reset_Handler,它是MCU上電后的第一個(gè)函數(shù),它先調(diào)用SystemInit完成時(shí)鐘、中斷向量偏移的初始化工作,然后跳轉(zhuǎn)到__main,__main函數(shù)會(huì)完成RW、ZI數(shù)據(jù)段的重定位工作,即將ROM中的RW數(shù)據(jù)拷貝到RAM中,同時(shí)將ZI段清零。
啟動(dòng)文件幫我們默認(rèn)完成了中斷函數(shù)的編寫,例如NMI_Handler、HardFault_Handler等,函數(shù)的功能相當(dāng)于while(1)死循環(huán),這些函數(shù)都是用WEAK弱定義的,如果需要,我們可以重寫這些中斷函數(shù)。
五、設(shè)置堆棧的初始化方式
前面設(shè)置的是堆棧的大小,這里還需要對(duì)堆棧做一些初始化工作,主要是將這些區(qū)域進(jìn)行清零。
ALIGN:對(duì)指令或者數(shù)據(jù)存放的地址進(jìn)行對(duì)齊,后面會(huì)跟一個(gè)立即數(shù)。缺省表示 4 字節(jié)對(duì)齊。
IF,ELSE,ENDIF:匯編的條件分支語句,跟 C 語言的 if ,else 類似
END:文件結(jié)束
程序有兩條分支可選,首先判斷是否定義了__MICROLIB ,如果定義了這個(gè)宏則有C庫完成堆棧的初始化,:賦予標(biāo)號(hào)__initial_sp(棧頂?shù)刂?、 __heap_base(堆起始地址)、 __heap_limit(堆結(jié)束地址)全局屬性,可供外部文件調(diào)用,例如C文件只要externa int __initial_sp,就可以使用這個(gè)變量了。有關(guān)這個(gè)宏我們?cè)?KEIL 里面配置,如下圖所示。然后堆棧的初始化就由 C 庫函數(shù)_main 來完成。
KEIL軟件設(shè)置MicroLIB
如果沒有定義 __MICROLIB , 則采用雙段存儲(chǔ)器模式,即堆區(qū)和棧區(qū)是分開的(如果不采用雙段模式,因?yàn)槎押蜅T鲩L的方向是相反的,如果撞上了,程序會(huì)崩潰),且聲明標(biāo)號(hào)__user_initial_stackheap 具有全局屬性,讓用戶自己來初始化堆棧。