STM32启动过程启动文件分析
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1、说明
本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201611/318418.htm每一款芯片的启动文件都值得去研究，因为它可是你的程序跑的最初一段路，不可以不知道。通过了解启动文件，我们可以体会到处理器的架构、指令集、中断向量安排等内容，是非常值得玩味的。
STM32作为一款高端Cortex-M3系列单片机，有必要了解它的启动文件。打好基础，为以后优化程序，写出高质量的代码最准备。
本文以一个实际测试代码--START_TEST为例进行阐述。
2、整体过程概括
STM整个启动过程是指从上电开始，一直到运行到main函数之间的这段过程，步骤为（以使用微库为例）：
①上电后硬件设置SP、PC
②设置系统时钟
③软件设置SP
④加载.data、.bss，并初始化栈区
⑤跳转到C文件的main函数
3、整个启动过程涉及的代码
启动过程涉及的文件不仅包含startup_stm32f10x_hd.s，还涉及到了MDK自带的连接库文件entry.o、entry2.o、entry5.o、entry7.o等（从生成的map文件可以看出来）。
二、程序在Flash上的存储结构
在真正讲解启动过程之前，先要讲解程序下载到Flash上的结构和程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构。程序在用户Flash上的结构如下图所示。下图是通过阅读hex文件和在MDK下调试综合提炼出来的。
MSP初始值 编译器生成，主堆栈的初始值
异常向量表 不多说
外部中断向量表 不多说
代码段 存放代码
初始化数据段 .data
未初始化数据段 .bss
加载数据段和初始化栈的参数
加载数据段和初始化栈的参数分别有4个，这里只讲解加载数据段的参数，至于初始化栈的参数类似。
0x0800 033c Flash上的数据段（初始化数据段和未初始化数据段）起始地址
0x2 0 加载到SRAM上的目的地址
0x0 c 数据段的总大小
0x0800 02f4 调用函数_scatterload_copy
需要说明的是初始化栈的函数--0x0800 0304与加载数据段的函数不一样，为_scatterload_zeroinit，它的目的就是将栈空间清零。
三、数据在SRAM上的结构
程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构
四、详细过程分析
有了以上的基础，现在详细分析启动过程。
1、上电后硬件设置SP、PC
刚上电复位后，硬件会自动根据向量表偏移地址找到向量表，向量表偏移地址的定义如下：
调试现象如下：
看看我们的向量表内容（通过J-Flash打开hex文件）
硬件这时自动从0x0800 0位置处读取数据赋给栈指针SP，然后自动从0x0800 4位置处读取数据赋给PC，完成复位，结果为：
SP = 0x0800 0810
PC = 0x0800 0145
2、设置系统时钟
上一步中令PC=0x0800 0145的地址没有对齐，硬件自动对齐到0x0800 0144，执行SystemInit函数初始化系统时钟。
3、软件设置SP
LDR R0,=__main BX R0
执行上两条之类，跳转到__main程序段运行，注意不是main函数，___main的地址是0x0800 0130。
可以看到指令LDR.W sp,[pc,#12]，结果SP=0x2 0810。
4、加载.data、.bss，并初始化栈区
BL.W __scatterload_rt2
进入__scatterload_rt2代码段。
__scatterload_rt2:0x08168 4C06 LDR r4,[pc,#24] ; @0x081840x0816A 4D07 LDR r5,[pc,#28] ; @0x081880x0816C E006 B 0x0817C0x0816E 68E0 LDR r0,[r4,#0x0C]0x08170 F0400301 ORR r3,r0,#0x010x08174 E8947 LDM r4,{r0-r2}0x08178 4798 BLX r30x0817A 3410 ADDS r4,r4,#0x100x0817C 42AC CMP r4,r50x0817E D3F6 BCC 0x0816E0x08180 F7FFFFDA BL.W _main_init (0x08138)这段代码是个循环（BCC 0x0816e），实际运行时候循环了两次。第一次运行的时候，读取“加载数据段的函数（_scatterload_copy）”的地址并跳转到该函数处运行（注意加载已初始化数据段和未初始化数据段用的是同一个函数）；第二次运行的时候，读取“初始化栈的函数（_scatterload_zeroinit）”的地址并跳转到该函数处运行。相应的代码如下：
0x0816E 68E0 LDR r0,[r4,#0x0C]0x08170 F0400301 ORR r3,r0,#0x010x08174 0x08178 4798 BLX r3 当然执行这两个函数的时候，还需要传入参数。至于参数，我们在“加载数据段和初始化栈的参数”环节已经阐述过了。当这两个函数都执行完后，结果就是“数据在SRAM上的结构”所展示的图。最后，也把事实加载和初始化的两个函数代码奉上如下：
__scatterload_copy:0x082F4 E002 B 0x082FC0x082F6 C808 LDM r0!,{r3}0x082F8 1F12 SUBS r2,r2,#40x082FA C108 STM r1!,{r3}0x082FC 2A00 CMP r2,#0x000x082FE D1FA BNE 0x082F60x08300 4770 BX lr__scatterload_null:0x08302 4770 BX lr__scatterload_zeroinit:0x08304 2 MOVS r0,#0x000x08306 E001 B 0x0830C0x08308 C101 STM r1!,{r0}0x0830A 1F12 SUBS r2,r2,#40x0830C 2A00 CMP r2,#0x000x0830E D1FB BNE 0x083080x08310 4770 BX lr5、跳转到C文件的main函数
_main_init:0x08138 4800 LDR r0,[pc,#0] ; @0x0813C0x0813A 4700 BX r0
五、异常向量与中断向量表
; Vector Table Mapped to Address 0 at ResetAREA RESET, DATA, READONLYEXPORT __VectorsEXPORT __Vectors_EndEXPORT __Vectors_Size__Vectors DCD __initial_sp ; Top of StackDCD Reset_Handler ; Reset HandlerDCD NMI_Handler ; NMI HandlerDCD HardFault_Handler ; Hard Fault HandlerDCD MemManage_Handler ; MPU Fault HandlerDCD BusFault_Handler ; Bus Fault HandlerDCD UsageFault_Handler ; Usage Fault HandlerDCD 0 ; ReservedDCD 0 ; ReservedDCD 0 ; ReservedDCD 0 ; ReservedDCD SVC_Handler ; SVCall HandlerDCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor HandlerDCD 0 ; ReservedDCD PendSV_Handler ; PendSV HandlerDCD SysTick_Handler ; SysTick Handler; External InterruptsDCD WWDG_IRQHandler ; Window WatchdogDCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detectDCD TAMPER_IRQHandler ; TamperDCD RTC_IRQHandler ; RTCDCD FLASH_IRQHandler ; FlashDCD RCC_IRQHandler ; RCCDCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ; DMA1 Channel 1DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ; DMA1 Channel 2DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ; DMA1 Channel 3DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ; DMA1 Channel 4DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ; DMA1 Channel 5DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ; DMA1 Channel 6DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ; DMA1 Channel 7DCD ADC1_2_IRQHandler ; ADC1 & ADC2DCD USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler ; USB High Priority or CAN1 TXDCD USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low Priority or CAN1 RX0DCD CAN1_RX1_IRQHandler ; CAN1 RX1DCD CAN1_SCE_IRQHandler ; CAN1 SCEDCD EXTI9_5_IRQHandler ; EXTI Line 9..5DCD TIM1_BRK_IRQHandler ; TIM1 BreakDCD TIM1_UP_IRQHandler ; TIM1 UpdateDCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ; TIM1 Trigger and CommutationDCD TIM1_CC_IRQHandler ; TIM1 Capture CompareDCD TIM2_IRQHandler ; TIM2DCD TIM3_IRQHandler ; TIM3DCD TIM4_IRQHandler ; TIM4DCD I2C1_EV_IRQHandler ; I2C1 EventDCD I2C1_ER_IRQHandler ; I2C1 ErrorDCD I2C2_EV_IRQHandler ; I2C2 EventDCD I2C2_ER_IRQHandler ; I2C2 ErrorDCD SPI1_IRQHandler ; SPI1DCD SPI2_IRQHandler ; SPI2DCD USART1_IRQHandler ; USART1DCD USART2_IRQHandler ; USART2DCD USART3_IRQHandler ; USART3DCD EXTI15_10_IRQHandler ; EXTI Line 15..10DCD RTCAlarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI LineDCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspendDCD TIM8_BRK_IRQHandler ; TIM8 BreakDCD TIM8_UP_IRQHandler ; TIM8 UpdateDCD TIM8_TRG_COM_IRQHandler ; TIM8 Trigger and CommutationDCD TIM8_CC_IRQHandler ; TIM8 Capture CompareDCD ADC3_IRQHandler ; ADC3DCD FSMC_IRQHandler ; FSMCDCD SDIO_IRQHandler ; SDIODCD TIM5_IRQHandler ; TIM5DCD SPI3_IRQHandler ; SPI3DCD UART4_IRQHandler ; UART4DCD UART5_IRQHandler ; UART5DCD TIM6_IRQHandler ; TIM6DCD TIM7_IRQHandler ; TIM7DCD DMA2_Channel1_IRQHandler ; DMA2 Channel1DCD DMA2_Channel2_IRQHandler ; DMA2 Channel2DCD DMA2_Channel3_IRQHandler ; DMA2 Channel3DCD DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5__Vectors_End
这段代码就是定义异常向量表，在之前有一个“J-Flash打开hex文件”的图片跟这个表格是一一对应的。编译器根据我们定义的函数Reset_Handler、NMI_Handler等，在连接程序阶段将这个向量表填入这些函数的地址。
startup_stm32f10x_hd.s内容：NMI_Handler PROCEXPORT NMI_Handler [WEAK]B .ENDPstm32f10x_it.c中内容：void NMI_Handler(void){}在启动汇编文件中已经定义了函数NMI_Handler，但是使用了“弱”，它允许我们再重新定义一个NMI_Handler函数，程序在编译的时候会将汇编文件中的弱函数“覆盖掉”--两个函数的代码在连接后都存在，只是在中断向量表中的地址填入的是我们重新定义函数的地址。
六、使用微库与不使用微库的区别
使用微库就意味着我们不想使用MDK提供的库函数，而想用自己定义的库函数，比如说printf函数。那么这一点是怎样实现的呢？我们以printf函数为例进行说明。
1、不使用微库而使用系统库
在连接程序时，肯定会把系统中包含printf函数的库拿来调用参与连接，即代码段有系统库的参与。
在启动过程中，不使用微库而使用系统库在初始化栈的时候，还需要初始化堆（猜测系统库需要用到堆），而使用微库则是不需要的。
IF :DEF:__MICROLIBEXPORT __initial_spEXPORT __heap_baseEXPORT __heap_limitELSEIMPORT __use_two_region_memoryEXPORT __user_initial_stackheap__user_initial_stackheapLDR R0, = Heap_MemLDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)LDR R3, = Stack_MemBX LRALIGNENDIF
另外，在执行__main函数的过程中，不仅需要完成“使用微库”情况下的所有工作，额外的工作还需要进行库的初始化，才能使用系统库（这一部分我还没有深入探讨）。附上__main函数的内容：
__main:0x08130 FF802 BL.W __scatterload_rt2_thumb_only (0x08138)0x08134 FF83C BL.W __rt_entry_sh (0x081B0)__scatterload_rt2_thumb_only:0x08138 A00A ADR r0,{pc}+4 ; @0x081640x0813A E8900C00 LDM r0,{r10-r11}0x0813E 4482 ADD r10,r10,r00x08140 4483 ADD r11,r11,r00x08142 F1AA0701 SUB r7,r10,#0x01__scatterload_null:0x08146 45DA CMP r10,r110x08148 D101 BNE 0x0814E0x0814A FF831 BL.W __rt_entry_sh (0x081B0)0x0814E F2AF0E09 ADR.W lr,{pc}-0x07 ; @0x081470x08152 E8BAF LDM r10!,{r0-r3}0x08156 F0130F01 TST r3,#0x010x0815A BF18 IT NE0x0815C 1AFB SUBNE r3,r7,r30x0815E F0430301 ORR r3,r3,#0x010x08162 4718 BX r30x08164 0298 LSLS r0,r3,#100x08166 0 MOVS r0,r00x08168 02B8 LSLS r0,r7,#100x0816A 0 MOVS r0,r0__scatterload_copy:0x0816C 3A10 SUBS r2,r2,#0x100x0816E BF24 ITT CS0x08170 C878 LDMCS r0!,{r3-r6}0x08172 C178 STMCS r1!,{r3-r6}0x08174 D8FA BHI __scatterload_copy (0x0816C)0x08176 0752 LSLS r2,r2,#290x08178 BF24 ITT CS0x0817A C830 LDMCS r0!,{r4-r5}0x0817C C130 STMCS r1!,{r4-r5}0x0817E BF44 ITT MI0x08180 6804 LDRMI r4,[r0,#0x00]0x08182 600C STRMI r4,[r1,#0x00]0x08184 4770 BX lr0x08186 0 MOVS r0,r0__scatterload_zeroinit:0x08188 2300 MOVS r3,#0x000x0818A 2400 MOVS r4,#0x000x0818C 2500 MOVS r5,#0x000x0818E 2600 MOVS r6,#0x000x08190 3A10 SUBS r2,r2,#0x100x08192 BF28 IT CS0x08194 C178 STMCS r1!,{r3-r6}0x08196 D8FB BHI 0x081900x08198 0752 LSLS r2,r2,#290x0819A BF28 IT CS0x0819C C130 STMCS r1!,{r4-r5}0x0819E BF48 IT MI0x081A0 600B STRMI r3,[r1,#0x00]0x081A2 4770 BX lr__rt_lib_init:0x081A4 B51F PUSH {r0-r4,lr}0x081A6 F3AF8 NOP.W __rt_lib_init_user_alloc_1:0x081AA BD1F POP {r0-r4,pc}__rt_lib_shutdown:0x081AC B510 PUSH {r4,lr}__rt_lib_shutdown_user_alloc_1:0x081AE BD10 POP {r4,pc}__rt_entry_sh:0x081B0 FF82F BL.W __user_setup_stackheap (0x08212)0x081B4 4611 MOV r1,r2__rt_entry_postsh_1:0x081B6 F7FFFFF5 BL.W __rt_lib_init (0x081A4)__rt_entry_postli_1:0x081BA FF919 BL.W main (0x083F0)2、使用微库而不使用系统库
在程序连接时，不会把包含printf函数的库连接到终极目标文件中，而使用我们定义的库。
启动时需要完成的工作就是之前论述的步骤1、2、3、4、5，相比使用系统库，启动过程步骤更少。
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