05_STM32_启动篇
本篇章主要对于启动文件进行讲解，并且纯理论内容，第一次听可能会很多地方看不懂， 但是没关系，当我们学完之后整个内容之后，再回头来学习这一篇章，你会有不同的体验以及感受。
第一章 基础概念
1.1 启动文件的作用
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，负责初始化硬件环境并引导进入用户代码，负责为系统运行搭建基础环境。
主要做了以下工作：
初始化堆栈和堆
- 栈的作用及初始化过程
- 堆的作用及配置
设置中断向量表
- 向量表的结构和位置
- 中断服务函数的关联
执行系统初始化和引导主程序
- 复位处理流程
- 系统时钟配置
- 跳转到主程序
1.2 汇编指令解释
在我们进行启动文件的学习中，不可避免的会会涉及到 ARM 的汇编指令和 Cortex 内核的指令，所以我们需要对一些汇编指令先进行了解。
首先是需要了解关于如何去查询汇编指令。
1.2.1 汇编指令的查询
1、查询 Cortex 汇编指令集
如果我们想了解关于 ST 公司的 Cortex-M4系列的汇编指令集，可以通过 《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》 以及 《Cortex M3与M4权威指南》 进行了解。
2、查询 ARM 汇编指令集
关于 ARM 的汇编指令集可以通过 Keil 软件自带的帮助文档， 通过Help -> uVision Help 可以打开帮助文档，如下所示：
当打开文档后 就可以对需要了解的汇编指令进行检索，虽然检索出来的结果会有很多，但是只需要选择Assembler User Guide 如下以 EQU 指令所示：
1.2.1 汇编指令常用集合
| 指令名称 | 作用 | 备注 |
|---|---|---|
| EQU | 给数字常量取一个符号名，相当于 C 语言中的 #define | 用于定义常量符号 |
| AREA | 定义一个新的代码段或数据段 | 如 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 定义堆栈区域 |
| SPACE | 分配内存空间 | 例如 Stack_Mem SPACE 0x800 分配 2KB 的栈空间 |
| PRESERVES | 当前文件堆栈需按照 8 字节对齐 | 可能与实际指令名存在差异（标准汇编中通常为 PRESERVE8） |
| EXPORT | 声明一个标号具有全局属性，可被外部文件使用 | 类似 C 语言的 extern |
| DCD | 以字（4 字节）为单位分配内存，要求 4 字节对齐，并初始化内存 | 例如 DCD Reset_Handler 定义中断向量表 |
| PROC | 定义子程序，与 ENDP 成对使用，表示子程序结束 | 如 Reset_Handler PROC 定义复位处理函数 |
| WEAK | 弱定义：如果外部文件声明了标号，则优先使用外部定义；若未定义也不报错 | 编译器特有指令，非 ARM 原生指令 |
| IMPORT | 声明标号来自外部文件，类似 C 语言的 extern | 如 IMPORT SystemInit 引入外部函数 |
| B | 跳转到一个标号 | 如 B Reset_Handler 跳转到复位处理函数 |
| ALIGN | 对指令或数据的存放地址进行对齐（默认 4 字节对齐） | 编译器特有指令，需配合立即数使用（如 ALIGN 3 表示 8 字节对齐） |
| END | 表示文件结束 | 汇编文件末尾必须包含此指令 |
| IF, ELSE, ENDIF | 汇编条件分支语句，类似 C 语言的 if-else | 用于条件编译，例如根据芯片型号选择代码段 |
1.3 内核寄存器组
摘抄自 《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》
Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器包含多个寄存器，用于数据处理和控制。这些寄存器大部分按寄存器组的方式进行管理。数据处理指令通常会指定源寄存器、目标寄存器和操作类型。
Cortex-M 处理器采用“加载-存储架构”（Load-Store Architecture），即数据操作只能在寄存器之间进行，访问存储器时必须使用专门的加载（Load）或存储（Store）指令。寄存器的使用可以提升指令执行效率，减少对存储器的访问。
Cortex-M3 和 Cortex-M4 共有 16 个 32 位寄存器，其中 13 个是通用寄存器（R0~R12），另外 3 个具有特殊用途，如图所示。
1.3.1 通用寄存器（R0~R12）
寄存器 R0~R12 属于通用寄存器，其中：
-
R0~R7：称为低寄存器，大部分 16 位 Thumb 指令只能访问这些寄存器。
-
R8~R12：称为高寄存器，它们可用于 32 位指令，也能被部分 16 位指令访问（如
MOV指令）。
通用寄存器的初始值未定义，程序启动时需要手动初始化。
1.3.2 堆栈指针（SP, R13）
R13 作为堆栈指针（Stack Pointer, SP），用于管理栈操作。Cortex-M 处理器提供两个物理堆栈指针：
-
主堆栈指针（MSP，Main Stack Pointer）：默认使用，在异常处理和特权模式下运行。
-
进程堆栈指针（PSP，Process Stack Pointer）：用于线程模式，可以为不同任务提供独立的栈空间（适用于 RTOS）。
堆栈指针的选择由 CONTROL 寄存器的 SPSEL 位控制，MSP 和 PSP 都要求 32 位对齐。
1.3.3 链接寄存器（LR, R14）
R14 也称链接寄存器（Link Register, LR），用于存储子程序返回地址：
-
函数调用时，LR 保存返回地址，
BL指令会自动更新 LR。 -
异常处理时，LR 存储特殊的
EXC_RETURN值，指示异常返回时如何恢复上下文。
如果函数嵌套调用，必须将 LR 的值保存到栈，否则调用新函数时 LR 会被覆盖，导致返回地址丢失。
1.3.4 程序计数器（PC, R15）
R15 也称程序计数器（Program Counter, PC），用于存储当前执行的指令地址。
-
读取 PC 时，得到的是当前指令的下一条指令地址（由于流水线机制）。
-
修改 PC 可以实现跳转，例如
BX指令用于返回LR存储的地址。
由于 Thumb 指令集的对齐要求：
-
PC 的最低位（LSB）始终为 0。
-
在某些跳转操作中，需要将目标地址的 LSB 置 1，指示 Thumb 状态，否则会触发异常。
5. 寄存器名称对照表
不同的汇编工具允许使用不同的寄存器名称，如下表所示：
| 标准寄存器名 | 其他可用名称 | 说明 |
|---|---|---|
| R0~R12 | - | 通用寄存器 |
| R13 | SP, sp | 堆栈指针（可切换 MSP/PSP） |
| R14 | LR, lr | 链接寄存器（存储返回地址） |
| R15 | PC, pc | 程序计数器（存储指令地址） |
第二章 启动模式
2.1 Flash启动
原理
-
地址映射：STM32F407的Flash起始地址为
0x08000000，但芯片启动时会将该地址映射到0x00000000，使程序从Flash直接运行。 -
执行流程：上电后，内核从
0x00000000（实际是0x08000000）读取栈顶地址和复位向量，跳转到Reset_Handler初始化系统。
配置方法
-
硬件配置：BOOT0引脚接地（BOOT0=0），BOOT1无关（默认启动Flash）。
-
代码位置：用户程序需烧录到
0x08000000开始的Flash区域。
应用场景
-
常规开发：程序固化在Flash中，断电后不丢失。
-
比喻：类似电脑从硬盘启动操作系统。
2.2 SRAM启动
原理
- 地址映射：SRAM起始地址为
0x20000000，启动时将该地址映射到0x00000000，程序直接在SRAM中运行。 - 临时性：SRAM内容断电丢失，需通过调试器（如J-Link）将代码加载到SRAM。
配置方法
- 硬件配置：BOOT0=1，BOOT1=1。
- 调试配置：在IDE（如Keil）中设置下载目标为SRAM，并指定起始地址。
应用场景
- 快速调试：无需擦写Flash，适合反复修改代码的场景。
- 比喻：类似电脑从U盘启动临时系统，用于故障排查。
2.3 系统存储器启动
原理
- 内置BootLoader：芯片出厂时固化在系统存储区（地址
0x1FFF0000），支持通过串口、USB等接口烧录程序。 - 映射机制：启动时系统存储区映射到
0x00000000，运行BootLoader。
配置方法
- 硬件配置：BOOT0=0，BOOT1=1。
- 烧录工具：使用STM32CubeProgrammer或串口工具（如FlyMcu）。
应用场景
- 恢复模式：当Flash中的程序损坏时，通过BootLoader重新烧录。
- 无调试器环境：仅需串口线即可更新程序。
- 比喻：类似手机进入Recovery模式刷机。
第三章 启动文件详解
3.1 启动流程
在启动文件中的第一段注释中其实已经对STM32F407启动文件的启动流程进行了说明，具体内容如下：
;******************** (C) COPYRIGHT 2016 STMicroelectronics ********************
;* File Name : startup_stm32f40_41xxx.s
;* Author : MCD Application Team
;* @version : V1.8.0
;* @date : 09-November-2016
;* Description : STM32F40xxx/41xxx devices vector table for MDK-ARM toolchain.
;* This module performs:
;* - Set the initial SP
;* - Set the initial PC == Reset_Handler
;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address
;* - Configure the system clock and the external SRAM mounted on
;* STM324xG-EVAL board to be used as data memory (optional,
;* to be enabled by user)
;* - Branches to __main in the C library (which eventually
;* calls main()).
;* After Reset the CortexM4 processor is in Thread mode,
;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main.
;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>
;*******************************************************************************
;
; Licensed under MCD-ST Liberty SW License Agreement V2, (the "License");
; You may not use this file except in compliance with the License.
; You may obtain a copy of the License at:
;
; http://www.st.com/software_license_agreement_liberty_v2
;
; Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
; distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
; WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
; See the License for the specific language governing permissions and
; limitations under the License.
;
;*******************************************************************************
经过翻译后，内容如下：
;******************** (C) 版权所有 2016 STMicroelectronics ********************
;* 文件名 : startup_stm32f40_41xxx.s
;* 作者 : MCD 应用团队
;* @version : V1.8.0
;* @date : 2016年11月09日
;* 描述 : STM32F40xxx/41xxx 设备的中断向量表，用于 MDK-ARM 工具链。
;* 本模块执行以下操作：
;* - 设置初始堆栈指针（SP）
;* - 设置初始程序计数器（PC）为 Reset_Handler
;* - 用异常中断服务例程（ISR）地址填充向量表条目
;* - 配置系统时钟和外部SRAM（挂载在STM324xG-EVAL开发板上，
;* 可选功能，需用户手动启用）作为数据存储器
;* - 跳转到C库中的 __main（最终调用 main() 函数）
;* 复位后，Cortex-M4 处理器处于线程模式，
;* 优先级为特权级，堆栈设置为Main类型。
;* <<< 使用右键菜单中的配置向导（Configuration Wizard）>>>
;*******************************************************************************
;
; 遵循 MCD-ST Liberty SW 许可证协议 V2 授权（"许可证"）
; 除非遵守许可证，否则不得使用此文件。
; 您可以在以下网址获取许可证副本：
;
; http://www.st.com/software_license_agreement_liberty_v2
;
; 除非适用法律要求或书面同意，本软件按"原样"分发，
; 无任何明示或暗示的担保或条件。详见许可证中的特定语言条款和限制。
;
;*******************************************************************************
对于启动流程的详细解释如下：
初始化堆栈指针 SP=_initial_sp
初始化 PC 指针 =Reset_Handler
初始化中断向量表
配置系统时钟
调用 C 库函数 _main 初始化用户堆栈，从而最终调用 main 函数
3.2 Stack 栈
代码段
; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack
; Tailor this value to your application needs
; <h> Stack Configuration
; <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
; 翻译如下
; 为堆栈分配的内存大小（单位：字节）
; 根据应用需求调整此值
; <h> 堆栈配置
; <o> 栈大小（单位：字节） <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
Stack_Size EQU 0x00000400
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem SPACE Stack_Size
__initial_sp
本段代码的配置主要是为单片机开辟栈空间。在 C 语言中，我们已经学习了栈的作用，主要用于局部变量、函数调用、函数形参等内容。
如果忘记了内存分区的内容，也可以参考下表：
| 区域 | 生命周期 | 分配方式 | 典型用途 |
|---|---|---|---|
| 堆栈 | 函数调用期 | 自动分配 | 局部变量、函数调用链 |
| 堆 | 动态分配 | 手动分配 | 动态数据结构 |
| 全局区 | 整个程序 | 静态分配 | 全局变量、静态变量 |
| 代码区 | 只读 | 固定分配 | 程序指令 |
需要注意的是，如果程序中定义的变量较多时，就需要调整栈空间的大小，即在启动文件中进行修改。常见的错误是程序运行过程中突然进入硬件错误 (Hard Fault)，这可能是由于栈空间不足导致的内存管理错误。
此外，栈空间的大小必须小于单片机的实际 SRAM 容量，否则会导致程序崩溃。
3.2.1 代码解释
1、栈空间定义
; EQU 指令用于定义常量，这里将 Stack_Size 设为 0x400（1KB）。
; 该值可根据应用需求进行调整。
Stack_Size EQU 0x00000400 ; 1KB堆栈空间
2、内存段声明
; AREA 用于定义一个新的内存区域。
; STACK 是该区域的名称。
; NOINIT 表示不进行初始化。
; READWRITE 允许读写。
; ALIGN=3 设定 8 字节对齐（`2^3 = 8`）。
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
3、栈内存分配
; SPACE 用于分配指定大小的内存。
; 这里分配 Stack_Size（1KB）。
Stack_Mem SPACE Stack_Size
4、栈顶指针定义
; 这是栈顶指针的标签。
; 处理器启动时，栈指针 `SP` 将初始化为 `__initial_sp` 的地址。
__initial_sp
标号 __initial_sp 紧挨着 SPACE 语句放置，表示栈的栈顶地址。
栈的生长方向通常是向下（地址递减），__initial_sp 代表栈顶，SP（栈指针）初始化后会从此处向下增长。
访问栈时，PUSH 指令会减少 SP，POP 指令会增加 SP。
如果栈空间不足，可能会触发 Hard Fault。
3.2.2 指令解释
1、EQU
汇编伪指令
-
功能：定义符号常量，类似C语言的
#define -
语法：
symbol EQU value -
特点：不占用内存空间，仅在编译阶段替换
2、AREA
段定义指令
-
功能：用于定义一个新的数据段或代码段。
-
语法：
AREA 名称, [属性]。 -
示例：以前面的代码为示例
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3-
STACK只是命名，可以自定义。 -
NOINIT表示不初始化数据。 -
READWRITE允许读写。 -
ALIGN=n：对齐方式。
-
3、NOINIT
段属性修饰符
-
功能：表示该区域不会被初始化，适用于不需要在启动时清零的数据，如栈空间。
-
特点：
- 内存区域不会被初始化（不生成初始化数据）
- 上电时内容随机，适合栈、堆等不需要初始值的区域
补充指令INIT， 需要进行初始化的区域。
4、READWRITE
-
内存访问权限定义
-
权限组合：
-
READONLY：代码段默认属性 -
READWRITE：数据段默认属性 -
部分架构支持
EXECUTE属性
-
5、 ALIGN
内存对齐控制
-
语法：
ALIGN=n设定数据对齐方式。ALIGN=3表示 8 字节对齐（2^3 = 8）。
-
对齐原则：
-
Cortex-M系列要求栈指针必须8字节对齐（ALIGN=3）
-
对齐错误可能导致Hard Fault
-
对齐能提高内存访问效率
-
6、SPACE
-
功能：在内存中分配指定大小的未初始化空间（相当于C语言中的未初始化数组）
-
语法：
label SPACE expression-
label：可选标签，标记分配空间的起始地址 -
expression：要分配的字节数（必须是常数表达式）
-
-
关键特性：
-
分配的空间内容在启动时是未定义的（随机值）
-
通常用于定义堆、栈等动态内存区域
-
不生成实际代码，仅影响内存布局
-
3.3 Heap 堆
代码段
; <h> Heap Configuration
; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
; <h> 堆配置
; <o> 堆大小（以字节为单位）<0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>
Heap_Size EQU 0x00000200
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem SPACE Heap_Size
__heap_limit
PRESERVE8
THUMB
本段代码的配置主要是为单片机开辟堆空间。在 C 语言中，堆用于动态分配内存（如 malloc、calloc 等函数申请的内存），需手动管理其分配与释放。若使用不当可能导致内存泄漏或碎片。
需特别注意：
堆大小调整：动态分配需求超过堆容量时，malloc 返回 NULL 导致分配失败
内存容量限制：堆总大小需小于单片机 SRAM 容量，且不得与其他内存区域重叠
生长方向：堆通常向高地址增长（__heap_base 起始，__heap_limit 结束）
对齐要求：ALIGN=3 和 PRESERVE8 确保8字节对齐，避免硬件异常
3.3.1 代码解释
1、堆空间定义
; EQU 指令用于定义常量，这里将 Heap_Size 设为 0x200（512B）。
Heap_Size EQU 0x00000200 ; 512B 堆空间
-
Heap_Size设定了堆的大小，可以根据实际需求调整。 -
在嵌入式系统中，堆的大小一般较小，应根据内存容量合理分配。
2、内存段声明
; AREA 指令定义了一个新的内存区域。
; HEAP 是该区域的名称。
; NOINIT 表示不进行初始化。
; READWRITE 允许读写。
; ALIGN=3 设定 8 字节对齐（`2^3 = 8`）。
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
-
HEAP只是一个名称，可自定义，但通常使用HEAP表示堆区。 -
NOINIT使该区域不会在启动时初始化，适用于动态分配的内存空间。 -
READWRITE允许程序在运行时对堆区进行读写操作。 -
ALIGN=3设定 8 字节对齐，以满足某些架构对动态内存管理的要求。
3、堆起始地址
__heap_base
-
__heap_base作为堆的起始地址，用于指示堆空间的起始位置。 -
堆的增长方向通常是向上（地址递增），与栈相反。
4、堆内存分配
Heap_Mem SPACE Heap_Size
-
SPACE指令用于分配指定大小的内存，这里分配Heap_Size（512B）。 -
该内存区域可用于动态分配，例如
malloc()和free()。
5、堆结束地址
__heap_limit
-
__heap_limit作为堆的结束地址，用于指示堆的边界。 -
在动态内存管理中，
__heap_limit可能用于检测内存溢出或堆区溢出。
4、指令修饰
PRESERVE8
THUMB
-
PRESERVE8：确保栈指针 (SP) 始终是 8 字节对齐的，以满足 Cortex-M 处理器的要求。 -
THUMB：指定使用 Thumb 指令集，以确保 ARM 处理器正确解析指令。
3.3.1 指令解释
1、PRESERVE8
-
功能：确保栈指针 (
SP) 始终是 8 字节对齐的，强制当前数据段/代码段保持8字节对齐。 -
必要性：
- Cortex-M 处理器要求栈指针必须 8 字节对齐，否则会触发
Hard Fault。 - Cortex-M 架构要求栈指针必须8字节对齐，否则触发硬件异常
- Cortex-M 处理器要求栈指针必须 8 字节对齐，否则会触发
-
典型应用：堆、栈等需要严格对齐的内存区域
2、THUMB
-
功能：声明后续代码使用 Thumb 指令集，以确保 ARM 处理器正确解析指令。
-
架构特性：Thumb 以16位指令为主，代码密度高，适合资源受限的嵌入式系统
-
强制要求：Cortex-M 全系列仅支持 Thumb 模式
3、堆边界符号
-
__heap_base：堆起始地址，动态分配从此处开始 -
__heap_limit：堆结束地址，内存分配不可越过此地址 -
管理机制：通过
sbrk()系统调用维护堆指针，详见标准库实现
3.4 中断向量表
中断向量表是单片机启动时的核心数据结构，用于存储系统异常和外部中断的入口地址。关键特性：
-
物理定位：复位时被映射到地址0x00000000（可通过重映射修改）
-
严格顺序：每个条目对应特定中断源，位置不可更改
-
地址存储：每个条目存储4字节地址（DCD指令）
-
自动跳转：发生中断时，CPU自动从向量表获取处理函数地址
3.4.1 初始化部分-代码解释
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
EXPORT __Vectors_End
EXPORT __Vectors_Size
-
AREA RESET, DATA, READONLY：定义一个数据区域为RESET，该区域可读可使用。 -
EXPORT __Vectors：将__Vectors该转向表输出，使其可以被外部调用。 -
EXPORT __Vectors_End与EXPORT __Vectors_Size为该表的结束点以及大小。
3.4.2 向量表部分-代码解释
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
DCD NMI_Handler ; NMI Handler
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler
DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD SVC_Handler ; SVCall Handler
DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
; External Interrupts
DCD WWDG_IRQHandler ; Window WatchDog
DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detection
DCD TAMP_STAMP_IRQHandler ; Tamper and TimeStamps through the EXTI line
DCD RTC_WKUP_IRQHandler ; RTC Wakeup through the EXTI line
; 中间部分省略
DCD OTG_HS_IRQHandler ; USB OTG HS
DCD DCMI_IRQHandler ; DCMI
DCD CRYP_IRQHandler ; CRYP crypto
DCD HASH_RNG_IRQHandler ; Hash and Rng
DCD FPU_IRQHandler ; FPU
__Vectors_End
当内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程 (ESR) 就会执行。为了决定 ESR 的入口地址，内核使用了“向量表查表机制”。这里使用一张向量表。
向量表其实是一个 WORD（32 位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该 ESR 的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过 NVIC 中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。
在复位后，该寄存器的值为 0。
因此，在地址 0 （即 FLASH 地址 0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。
要注意的是这里有个另类：0 号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后 MSP 的初值。
可以通过查询 《STM32F4xx中文参考手册》 的 234 页查询下表。
3.4.3 结束部分-代码解释
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
AREA |.text|, CODE, READONLY
-
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors计算向量表大小。 -
AREA |.text|, CODE, READONLY定义一个可执行的可读代码区域。
3.4.4 指令解释
1、 EXPORT
-
功能：用于向链接器导出符号，使其可以在其他模块中访问。
-
示例：
EXPORT __Vectors__Vectors是中断向量表的起始地址，导出后可被外部引用。
2、 DCD
-
功能：定义 32 位数据并占用32位存储。
-
示例：
__Vectors DCD __initial_sp__initial_sp是栈顶指针的初始值。
3.5 复位程序
复位程序（Reset Handler）是系统上电或复位时执行的第一段代码，负责初始化系统环境，并最终跳转到主程序入口。
代码段
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
3.5.1 代码解释
1. 复位处理程序声明
Reset_Handler PROC
-
功能：声明一个名为
Reset_Handler的过程（函数），作为复位中断服务程序。 -
复位入口：根据向量表定义，复位后 CPU 自动跳转到此地址执行。
2. 弱定义导出符号
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
-
EXPORT：将该符号导出，允许其他文件引用。 -
[WEAK]：弱定义属性，若用户自定义同名函数，则优先使用用户版本。
3. 引入外部符号
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
-
SystemInit：系统初始化函数（通常由芯片厂商提供），用于配置时钟、内存控制器等。 -
__main：C 标准库入口函数，负责初始化全局变量、堆栈等 C 语言运行环境。
4. 系统初始化调用
LDR R0, =SystemInit ; 加载 SystemInit 地址到 R0
BLX R0 ; 跳转执行 SystemInit
-
LDR：将SystemInit的函数地址加载到寄存器 R0。 -
BLX：带链接（返回地址保存到 LR）的跳转指令，执行SystemInit后返回。
5. 跳转至 C 环境
LDR R0, =__main ; 加载 __main 地址到 R0
BX R0 ; 跳转到 __main
ENDP
-
__main：并非用户编写的main函数，而是 C 库的初始化入口。 -
BX：直接跳转指令，不保存返回地址（程序不再返回复位处理程序）。
3.5.2 指令解释
1. PROC / ENDP
-
功能：定义函数过程的开始（
PROC）与结束（ENDP）。 -
语法：
函数名 PROC ; 代码 函数名 ENDP -
作用：明确函数范围，便于调试器和链接器处理。
2. EXPORT
-
功能：导出符号，使其他文件可通过该符号访问当前代码段。
-
弱属性（
[WEAK]）：允许用户覆盖默认实现。若用户未定义Reset_Handler，则使用此默认版本。
3. IMPORT
-
功能：声明外部符号（如函数或变量），告知汇编器该符号在其他文件中定义。
-
示例：
-
SystemInit：通常位于system_<芯片型号>.c文件中。 -
__main：由 C 标准库提供，负责初始化运行时环境。
-
4. LDR
-
功能：将内存地址或常量加载到寄存器。
-
语法：
LDR Rd, =Label-
Rd：目标寄存器（如 R0）。 -
Label：要加载的符号地址（如SystemInit）。
-
-
作用：此处用于获取函数入口地址。
5. BLX
-
功能：带链接（Link）的跳转指令，支持切换指令集（ARM/Thumb）。
-
行为：
-
将返回地址（下一条指令地址）存入
LR寄存器。 -
跳转到目标地址执行。
-
用于函数调用（如
SystemInit）。
-
6. BX
-
功能：跳转指令，支持切换指令集。
-
语法：
BX RnRn：寄存器，存储目标地址。
-
特点：不保存返回地址，用于单向跳转（如进入
__main后不再返回）。
3.5.3 执行流程
-
复位触发：上电或复位后，CPU 从向量表第二个条目获取
Reset_Handler地址。 -
硬件初始化：执行
SystemInit，配置时钟、电源、内存控制器等。 -
C 环境初始化：跳转至
__main，完成以下操作：-
将
.data段从 FLASH 复制到 RAM（初始化全局变量）。 -
清零
.bss段（未初始化的全局变量）。 -
调用用户
main()函数。
-
-
程序运行：用户
main()开始执行。
3.5.4 注意事项
1、__main 与 main 的区别：
| 符号 | 来源 | 功能 |
|---|---|---|
__main | C 标准库 | 初始化运行时环境，调用用户 main |
main | 用户代码 | 用户程序入口 |
2、 自定义复位处理程序
-
若需修改初始化流程，可重新实现
Reset_Handler函数（覆盖弱符号）。 -
示例：
void Reset_Handler(void) {
Custom_Init(); // 自定义初始化
SystemInit(); // 保留原有初始化
__main(); // 进入 C 环境
}
3、调试问题
- 若未实现 `SystemInit`，程序可能运行在默认低速时钟下。
- 若 `__main` 未正确初始化堆栈，可能导致 `HardFault`。
3.6 中断复位函数
中断复位函数用于处理异常和中断，确保系统能够在出现错误时执行适当的处理，防止程序崩溃。以下是相关的中断处理函数定义。
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
HardFault_Handler\
PROC
EXPORT HardFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
MemManage_Handler\
PROC
EXPORT MemManage_Handler [WEAK]
B .
ENDP
BusFault_Handler\
PROC
EXPORT BusFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
UsageFault_Handler\
PROC
EXPORT UsageFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SVC_Handler PROC
EXPORT SVC_Handler [WEAK]
B .
ENDP
DebugMon_Handler\
PROC
EXPORT DebugMon_Handler [WEAK]
B .
ENDP
PendSV_Handler PROC
EXPORT PendSV_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SysTick_Handler PROC
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
B .
ENDP
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ADC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_TX_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_RX1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_SCE_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI9_5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_UP_TIM10_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI15_10_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_Alarm_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_FS_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_UP_TIM13_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FSMC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SDIO_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM6_DAC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ETH_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ETH_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_TX_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_RX0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_RX1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_SCE_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_FS_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C3_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C3_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DCMI_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CRYP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT HASH_RNG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FPU_IRQHandler [WEAK]
WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMP_STAMP_IRQHandler
RTC_WKUP_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Stream0_IRQHandler
DMA1_Stream1_IRQHandler
DMA1_Stream2_IRQHandler
DMA1_Stream3_IRQHandler
DMA1_Stream4_IRQHandler
DMA1_Stream5_IRQHandler
DMA1_Stream6_IRQHandler
ADC_IRQHandler
CAN1_TX_IRQHandler
CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler
TIM1_UP_TIM10_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTC_Alarm_IRQHandler
OTG_FS_WKUP_IRQHandler
TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler
TIM8_UP_TIM13_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
DMA1_Stream7_IRQHandler
FSMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_DAC_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Stream0_IRQHandler
DMA2_Stream1_IRQHandler
DMA2_Stream2_IRQHandler
DMA2_Stream3_IRQHandler
DMA2_Stream4_IRQHandler
ETH_IRQHandler
ETH_WKUP_IRQHandler
CAN2_TX_IRQHandler
CAN2_RX0_IRQHandler
CAN2_RX1_IRQHandler
CAN2_SCE_IRQHandler
OTG_FS_IRQHandler
DMA2_Stream5_IRQHandler
DMA2_Stream6_IRQHandler
DMA2_Stream7_IRQHandler
USART6_IRQHandler
I2C3_EV_IRQHandler
I2C3_ER_IRQHandler
OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler
OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler
OTG_HS_WKUP_IRQHandler
OTG_HS_IRQHandler
DCMI_IRQHandler
CRYP_IRQHandler
HASH_RNG_IRQHandler
FPU_IRQHandler
B .
ENDP
ALIGN
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
; 默认异常处理程序（可修改的无限循环）
; 系统异常处理程序
NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
; ...其他系统异常处理程序（同上格式）
; 外部中断处理程序
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
; ...其他外部中断导出声明
B .
ENDP
; 外部中断处理程序别名定义
WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
; ...其他外部中断别名（共108个）
B .
ENDP
ALIGN
3.6.1 代码解释
1、系统异常默认处理
NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
-
功能：定义不可屏蔽中断（NMI）的默认处理程序
-
结构特征：
-
使用
PROC/ENDP定义函数体 -
[WEAK]允许用户自定义同名函数覆盖 -
B .表示无限循环（原地跳转）
-
2、外部中断统一处理
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
; ...其他中断导出
B .
ENDP
-
设计原理：
-
所有外部中断共用同一个默认处理程序
-
通过别名机制（EQU）将各中断名指向同一地址
-
减少重复代码，节省ROM空间
-
3、 中断处理程序别名
WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
; ...其他中断名
-
等效关系：
-
每个中断名都是
Default_Handler的别名 -
类似C语言的
#define WWDG_IRQHandler Default_Handler
-
4、 对齐控制
ALIGN
-
作用：确保后续代码按指定对齐方式
-
必要性：满足ARM架构的指令对齐要求
3.6.2 指令解释
1、 PROC/ENDP
-
功能：定义函数作用域 开始和结束。
-
语法：
函数名 PROC ; 代码 函数名 ENDP -
特点：在汇编层面明确函数边界
2、 EXPORT [WEAK]
- 弱定义特性：
| 使用场景 | 行为 |
|---|---|
| 用户未定义处理程序 | 使用默认无限循环 |
| 用户定义同名函数 | 自动替换为自定义实现 |
3、 B .
-
机器码：0xE7FE（Thumb指令集）
-
执行效果：
B：无条件跳转指令.：表示当前地址（形成死循环）
-
调试意义：触发该中断时程序挂起，便于定位未处理的中断
3.7用户堆栈初始
;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
IF :DEF:__MICROLIB
EXPORT __initial_sp
EXPORT __heap_base
EXPORT __heap_limit
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory
EXPORT __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
LDR R3, = Stack_Mem
BX LR
ALIGN
ENDIF
END
;************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE*****
3.7 用户堆栈初始化
代码段
;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
IF :DEF:__MICROLIB ; 条件编译判断是否使用MICROLIB
EXPORT __initial_sp ; 导出栈顶指针
EXPORT __heap_base ; 导出堆起始地址
EXPORT __heap_limit ; 导出堆结束地址
ELSE ; 不使用MICROLIB的情况
IMPORT __use_two_region_memory ; 引入双区内存管理标识
EXPORT __user_initial_stackheap ; 导出堆栈初始化函数
__user_initial_stackheap
LDR R0, =Heap_Mem ; 加载堆起始地址到R0
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) ; 计算栈结束地址到R1
LDR R2, =(Heap_Mem + Heap_Size) ; 计算堆结束地址到R2
LDR R3, =Stack_Mem ; 加载栈起始地址到R3
BX LR ; 返回调用位置
ALIGN ; 地址对齐
ENDIF ; 结束条件编译
END ; 文件结束
3.7 用户堆栈初始化
代码段
;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
IF :DEF:__MICROLIB ; 条件编译判断是否使用MICROLIB
EXPORT __initial_sp ; 导出栈顶指针
EXPORT __heap_base ; 导出堆起始地址
EXPORT __heap_limit ; 导出堆结束地址
ELSE ; 不使用MICROLIB的情况
IMPORT __use_two_region_memory ; 引入双区内存管理标识
EXPORT __user_initial_stackheap ; 导出堆栈初始化函数
__user_initial_stackheap
LDR R0, =Heap_Mem ; 加载堆起始地址到R0
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) ; 计算栈结束地址到R1
LDR R2, =(Heap_Mem + Heap_Size) ; 计算堆结束地址到R2
LDR R3, =Stack_Mem ; 加载栈起始地址到R3
BX LR ; 返回调用位置
ALIGN ; 地址对齐
ENDIF ; 结束条件编译
END ; 文件结束
3.7.1 代码解释
1、 MICROLIB模式（简化C库）
IF :DEF:__MICROLIB
EXPORT __initial_sp ; 栈顶地址（由启动文件已定义）
EXPORT __heap_base ; 堆起始地址（HEAP段起始）
EXPORT __heap_limit ; 堆结束地址（HEAP段结束）
适用场景：使用ARM精简库时（通过MDK勾选Use MicroLIB启用）
特点：
-
不需要用户手动初始化堆栈
-
堆栈范围由链接脚本自动管理
-
仅需导出预定义符号供库函数使用
小谭老师的提醒：一定要记得勾选
Use MicroLIB否则容易出现调试中进入硬件错误的问题，因为__MICROLIB这个宏是定义在Use MicroLIB中。
2、 标准C库模式
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory ; 声明使用双区内存模型
EXPORT __user_initial_stackheap ; 必须实现的初始化函数
__user_initial_stackheap
LDR R0, =Heap_Mem ; R0 = 堆起始地址
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) ; R1 = 栈结束地址（栈向下生长）
LDR R2, =(Heap_Mem + Heap_Size) ; R2 = 堆结束地址
LDR R3, =Stack_Mem ; R3 = 栈起始地址
BX LR ; 返回
寄存器参数约定：
| 寄存器 | 含义 | 用途 |
|---|---|---|
| R0 | 堆起始地址（heap_base） | 供malloc等函数使用 |
| R1 | 栈结束地址（栈底） | 用于栈溢出检测 |
| R2 | 堆结束地址（heap_limit） | 限制堆扩展边界 |
| R3 | 栈起始地址（栈顶） | 初始化栈指针 |
- 双区内存模型：
- 栈和堆使用独立的内存区域
- 栈向下生长（高地址→低地址）
- 堆向上生长（低地址→高地址）
3、 通用控制指令
ALIGN ; 确保地址按4字节对齐
END ; 结束汇编文件
3.7.2 指令解释
1、 条件编译指令
| 指令 | 功能 | 等效C语法 |
|---|---|---|
IF :DEF:XXX | 判断符号XXX是否已定义 | #ifdef XXX |
ELSE | 条件分支 | #else |
ENDIF | 结束条件编译块 | #endif |
2、 IMPORT/EXPORT
-
IMPORT __use_two_region_memory：-
声明使用标准C库的双区内存管理模式
-
必须与
__user_initial_stackheap配合使用
-
-
EXPORT __user_initial_stackheap：-
标准C库要求的初始化函数
-
在程序启动时由C库自动调用
-
3、 LDR 地址加载
-
语法变体：
LDR Rn, =Label ; 加载Label的32位地址到寄存器 LDR Rn, [Rm] ; 从Rm指向的内存加载数据 -
代码中的用途：
-
将预定义的堆栈符号地址加载到指定寄存器
-
地址值由链接阶段确定（参见启动文件中的
HEAP/STACK定义）
-
4、 BX LR
-
功能：跳转到链接寄存器存储的地址（函数返回）
-
特点：
-
不进行栈操作（与
BL不同） -
此处用于传递堆栈参数后立即返回
-
3.7.3 内存布局示意图
graph TD
RAM起始地址 --> Stack_Mem
Stack_Mem --> |Stack_Size| Stack_Mem+Stack_Size
Stack_Mem+Stack_Size --> Heap_Mem
Heap_Mem --> |Heap_Size| Heap_Mem+Heap_Size
Heap_Mem+Heap_Size --> RAM结束地址
classDef stack fill:#f9d,stroke:#333;
classDef heap fill:#8df,stroke:#333;
class Stack_Mem,Stack_Mem+Stack_Size stack
class Heap_Mem,Heap_Mem+Heap_Size heap
3.7.4 注意事项
1、 堆栈溢出检测
-
标准库会根据R1/R3检测栈溢出（若
SP超过R3） -
堆分配超过R2会导致
malloc返回NULL
2、 内存对齐要求
| 区域 | 最小对齐 | 实现方式 |
|---|---|---|
| 栈顶 | 8字节 | 启动文件中的ALIGN=3 |
| 堆起始 | 4字节 | 链接脚本控制 |
3、常见错误
-
未实现
__user_initial_stackheap：链接时报undefined symbol错误 -
堆栈区域重叠：导致数据覆盖，需在链接脚本中检查
HEAP/STACK定义
4、性能优化
-
MICROLIB模式节省约2KB代码空间，但缺失部分标准库功能
-
双区模式适合需要独立堆栈保护的应用
5、 调试方法：
-
在
__user_initial_stackheap设置断点，观察寄存器值 -
使用
__heap_limit和__initial_sp监控堆栈使用情况
- 感谢你赐予我前进的力量
-
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