cortex-m3啟動(dòng)代碼詳解

1.1 啟動(dòng)代碼內(nèi)容

1) 硬件初始化:最起碼的是要初始化堆棧指針。

2) C語(yǔ)言環(huán)境 :在main函數(shù)調(diào)用之前要完成對(duì)一些變量的初始化。

3) 應(yīng)用初始化: 這主要取決于你的應(yīng)用。比如設(shè)置系統(tǒng)的晶振、時(shí)鐘。

1.2 圖解M3啟動(dòng)過(guò)程

1）程序開(kāi)始運(yùn)行，系統(tǒng)啟動(dòng)代碼首先要完成硬件初始化，比如說(shuō)對(duì)堆棧的初始化。圖中顯示初始化堆棧指針為之前

預(yù)先定義好堆棧區(qū)域的末尾(M3內(nèi)核堆棧時(shí)向下生長(zhǎng))。

2）初始化變量初始值為0全局變量和靜態(tài)變量

3)初始化變量初始值為非0的變量，鏈接器將存儲(chǔ)在ROM的初始值復(fù)制到相應(yīng)的RAM中。

4)初始化應(yīng)用（可選）

5）最后調(diào)用主函數(shù)

6）附錄

關(guān)于C語(yǔ)言中變量的存儲(chǔ)區(qū)域。

1、初始化和非初始化的變量都存放在內(nèi)存區(qū)(RAM);

2、全局const被存放在代碼區(qū)。

3、static存放在內(nèi)存區(qū)（RAM)

4、對(duì)于數(shù)量少的局部變量一般是寄存器操作

5、對(duì)于數(shù)據(jù)量大的局部變量則采用是堆棧操作。

1.3 M3啟動(dòng)代碼實(shí)例分析

下面例子為在iar下，由EFM32芯片(M3內(nèi)核)廠商提供的啟動(dòng)代碼startup_efm32g.s。IDE為IARFORARM6.0。其中

ROM(0x00000000-(0x20000000-1));

RAM(0X20000000-(0X20000000+0X00004000-1))

首先，上電后程序從向量表中取出復(fù)位異常ISR地址，跳轉(zhuǎn)至異常服務(wù)程序Reset_Handler,程序如下：

[cpp]view plaincopyprint?

PUBWEAKReset_Handler

SECTION.text:CODE:REORDER(2)

Reset_Handler

LDRR0,=SystemInit

BLXR0

LDRR0,=__iar_program_start

BXR0

其中Reset_Handler為PUBWEAK，即可以被我們重寫(xiě)的同名函數(shù)覆蓋。一般來(lái)說(shuō)，我們可以直接使用EFM32提供的Reset_Handler?？梢钥吹皆趕tartup_efm32.s中Reset_Handler只是調(diào)用了兩個(gè)函數(shù)。通過(guò)單步調(diào)試，進(jìn)入SystemInit()。該函數(shù)在system_efm32g.c中定義，且沒(méi)有任何內(nèi)容是個(gè)空函數(shù)，提供這個(gè)空函數(shù)旨在調(diào)用應(yīng)用程序前為用戶根據(jù)提供一個(gè)函數(shù)接口來(lái)完成系統(tǒng)的硬件初始化（時(shí)鐘，flash等）。SystemInit()完成之后，IAR就把大權(quán)交給了__iar_program_start這個(gè)IAR提供的“內(nèi)部函數(shù)”了，我們就跟緊這個(gè)__iar_program_start跳轉(zhuǎn)，看看IAR做了什么。

我們看到IAR提供了__low_level_init這個(gè)函數(shù)進(jìn)行了“底層”的初始化，進(jìn)一步跟蹤，我們可以查到__low_level_init這個(gè)函數(shù)做了些什么？

__low_level_init出乎想象的簡(jiǎn)單，只是往R0寄存器寫(xiě)入了1，就立即執(zhí)行"BX LR"回到調(diào)用處了，接下來(lái)，__iar_program_start檢查了R0是否為0，為0，則執(zhí)行_call_main，若不是0，就執(zhí)行__iar_data_init3。我在IAR
的安裝目錄IAR SystemsEmbedded Workbench 6.0 Kickstartarmsrclib下找到了IAR提供的該函數(shù)的sketch，程序內(nèi)容如下：

[cpp]view plaincopyprint?

__interworkint__low_level_init(void)

{

/*==================================*/

/*Initializehardware.*/

/*==================================*/

/*Chooseifsegmentinitialization*/

/*shouldbedoneornot.*/

/*Return:0toomitseg_init*/

/*1torunseg_init*/

return1;

}

很明顯，這個(gè)函數(shù)的目的是讓用戶選擇是否完成變量的初始化工作。如果不需初始化，可以令其return 0 。那么程序就直接_call_main跳入main函數(shù)了。至于如何修改，參見(jiàn)EWARM development Guide。我們這里選擇初始化變量，繼續(xù)單步運(yùn)行，程序進(jìn)入__iar_data_init3,匯編代碼如下

當(dāng)程序運(yùn)行到 0x5480 :0x42a1CMPR1，R4；通過(guò)查看寄存器R1的值為0x00005490，R4的值為0x000054b4，這恰好是Region#Table#Base的開(kāi)始地址和結(jié)束地址。程序繼續(xù)往下走，如果R1=R4，則彈出R4和LR，直接進(jìn)入main。顯然R1此時(shí)不等于R4，且繼續(xù)往下運(yùn)行R0=R1+4，將R1地址中的內(nèi)容裝載至R2（即從(Region#Table#Base)取出一個(gè)參數(shù)送人R2），再令R1=R1+R2，跳轉(zhuǎn)至R1地址處即進(jìn)到__iar_zero_init3函數(shù)。

在__iar_zero_init中，取出(Region#Table#Base)中的第一個(gè)參數(shù)放入R1，另一個(gè)參數(shù)放入R2。同時(shí)R0進(jìn)行了兩次后索引，即R0=R0+8。通過(guò)查看寄存器，R2為0x200000AC，為該系統(tǒng)的RAM區(qū)。存在循環(huán)：

[cpp]view plaincopyprint?

0X3B8MOVSR3,#0

0X3BASTR.WR3,[R2],#0X04

0X3BESUBSR1,R1,#0X04

0X3C0BNE.N0X3B8

即

for(;R1!=0;R2=R2+4,R1=R1-4)

{

*R2=0

}

可以看出，該函數(shù)是將一段內(nèi)存區(qū)域清零，其中R2為內(nèi)存區(qū)域的首地址，R1為清零內(nèi)存區(qū)域的大小。清零完成后，又回到__iar_data_init3。將R0的值賦給R1，此時(shí)R1為Region#Table#Base的新的首地址，別忘了在__iar_zero_init從Region#Table#Base取了兩個(gè)值，R0后索引了兩次。程序繼續(xù)比較R1和R4的值，不相等。再(Region$|$Table$|$Base)取出參數(shù)賦給R1，BX R1。程序進(jìn)入__iar_copy_init3。

可以看出與__iar_zero_init3中取參數(shù)的幾乎一樣：先取出大小，隨后取出了地址——只不過(guò)這里多出了1個(gè)地址，沒(méi)錯(cuò)這就是"copy"，其中R1為copy字節(jié)數(shù)目，R2為存儲(chǔ)變量初始值的FLASH首地址（source），R3為變量的內(nèi)存地址區(qū)（destination）。復(fù)制過(guò)程代碼循環(huán)為：

[cpp]view plaincopyprint?

0x2612LDR.WR4,[R2],#0X04

0X2616STR.WR4,[R3],#0X04

0X261ASUBSR1,R1,#4

0X261CBNE.N0X2612

即

for(;R1!=0;R2=R2+4,R3=R3+4,R1=R1-4)

{

*R3=*R2;

}

讀到這里，我們應(yīng)該可以猜到IAR的意圖了：__iar_data_init3一開(kāi)始加載了0x0800'7C78至R0，0x0800'7C9C至R4，[R0,R4]就是一段啟動(dòng)代碼區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)保存了要“處理”的所有地址與信息——執(zhí)行的函數(shù)地址或者參數(shù)，實(shí)際上，這片區(qū)域也有一個(gè)名字，叫做：(Region#Table#Base)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，程序以R0為索引，R4為上限，當(dāng)R0=R4，__iar_data_init3執(zhí)行完畢，跳轉(zhuǎn)至main()函數(shù)。

1.4 總結(jié)
通過(guò)上述分析我們可以看到Region#Table#Base保存了__iar_data_init3、__iar_data_copy的地址，同時(shí)還有函數(shù)所需的__iar_data_init3的FLASH地址和清零字節(jié)的個(gè)數(shù)、以及__iar_data_copy源地址和目的地址以及復(fù)制的字節(jié)個(gè)數(shù)信息。
總之，IAR在啟動(dòng)main()函數(shù)以前，執(zhí)行了Reset_Handler，調(diào)用SystemInit()，并轉(zhuǎn)入__iar_program_start中執(zhí)行__low_level_init與__iar_data_init3，并在__iar_data_init3中，先后調(diào)用__iar_zero_init3與__iar_copy_init3對(duì)全局變量、全局已初始化變量進(jìn)行相應(yīng)的初始化操作。最后，調(diào)用main()函數(shù)執(zhí)行。

1.5 思考
思考1
為什么進(jìn)入__iar_data_init3和__iar_data_copy時(shí)，只選擇將R4,和LR壓棧？
壓棧R4可以很簡(jiǎn)單的理解，因?yàn)槌绦蛑杏玫搅嗽摷拇嫫鳎栽谶M(jìn)入調(diào)用函數(shù)時(shí)把它壓入棧保護(hù)，但是為什么不壓棧R0-R3呢？網(wǎng)上搜了一遭，發(fā)現(xiàn)得從ATPCS （ ARM-THUMB procedure call standard）說(shuō)起。其中ATPCS規(guī)定寄存器使用有如下規(guī)則：
1. 子程序間通過(guò)寄存器 R0-- R3 來(lái)傳遞參數(shù)，被調(diào)用的子程序在返回前無(wú)需恢復(fù)寄存器 R0-R3 的內(nèi)容。
2. 在子程序中，使用寄存器 R4 R11 來(lái)保存局部變量。 如果在子程序中使用到了其中的寄存器 ， 子程序進(jìn)入時(shí)必須保存這些寄存器的值， 在返回前必須恢復(fù)這些寄存器的值； 對(duì)于子程序中沒(méi)有用到的寄存器則不必進(jìn)行這些操作。


思考2
__iar_data_init3、__iar_data_copy和__low_level_init這些函數(shù)在哪里？
之前在iar的安裝目錄IAR SystemsEmbedded Workbench 6.0 Kickstartarmsrclib下找了很久，都沒(méi)有找到__iar_data_init3、__iar_data_copy這兩個(gè)函數(shù)，對(duì)于__low_level_init，我工程里面也沒(méi)有設(shè)置改文件的包含路徑。所以敢肯定，啟動(dòng)代碼中調(diào)用的函數(shù)非這個(gè)函數(shù)。

最后，通過(guò)設(shè)置project->options->linker->list。選中Module selection。重新編譯工程。在工程目錄debug->list文件下找到*.log文件，查看鏈接器的鏈接日志。在*.log文件中詳細(xì)列舉了每個(gè)目標(biāo)文件的load目錄和import和definition symbol。在這個(gè)文件里，終于找到了它們的身影。

可以看到