一、啟動檔案解析

啟動檔案由彙編編寫，是系統上電覆位後第一個執行的程式。主要做了以下工作：

• 初始化堆疊指標SP=_initial_sp
• 初始化PC指標=Reset_Handler
• 初始化中斷向量表
• 配置系統時鐘
• 呼叫C庫函式_main初始化使用者堆疊，從而最終呼叫main函式去到C的世界

二、查詢ARM彙編指令

在講解啟動程式碼的時候，會涉及到ARM的彙編指令和Cortex核心的指令，有關Cortex核心的指令我們可以參考《CM3權威指南CnR2》第四章：指令集。剩下的ARM的彙編指令我們可以在MDK->Help->Uvision Help中搜索到，以EQU為例，檢索如下：

檢索出來的結果會有很多，我們只需要看Assembler User Guide 這部分即可。下面列出了啟動檔案中使用到的ARM彙編指令，該列表的指令全部從ARM Development Tools這個幫助文件裡面檢索而來。其中編譯器相關的指令WEAK和ALIGN為了方便也放在同一個表格了。

下表格是啟動檔案使用的ARM彙編指令彙總

三、啟動檔案程式碼講解

1.    Stack—棧

Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

開闢棧的大小為0X00000400（1KB），名字為STACK，NOINIT即不初始化，可讀可寫，8（2^3）位元組對齊。

棧的作用是用於區域性變數，函式呼叫，函式形參等的開銷，棧的大小不能超過內部SRAM的大小。如果編寫的程式比較大，定義的區域性變數很多，那麼就需要修改棧的大小。如果某一天，你寫的程式出現了莫名奇怪的錯誤，並進入了硬fault的時候，這時你就要考慮下是不是棧不夠大，溢位了。

EQU：巨集定義的偽指令，相當於等於，類似與C中的define。

AREA：告訴彙編器彙編一個新的程式碼段或者資料段。STACK表示段名，這個可以任意命名；NOINIT表示不初始化；READWRITE表示可讀可寫，ALIGN=3，表示按照2^3對齊，即8位元組對齊。

SPACE：用於分配一定大小的記憶體空間，單位為位元組。這裡指定大小等於Stack_Size。

標號__initial_sp緊挨著SPACE語句放置，表示棧的結束地址，即棧頂地址，棧是由高向低生長的。

2.    Heap堆

Heap_Size       EQU     0x00000200

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

開闢堆的大小為0X00000200（512位元組），名字為HEAP，NOINIT即不初始化，可讀可寫，8（2^3）位元組對齊。__heap_base表示對的起始地址，__heap_limit表示堆的結束地址。堆是由低向高生長的，跟棧的生長方向相反。

堆主要用來動態記憶體的分配，像malloc()函式申請的記憶體就在堆上面。這個在STM32裡面用的比較少。

                PRESERVE8
                THUMB

PRESERVE8：指定當前檔案的堆疊按照8位元組對齊。

THUMB：表示後面指令相容THUMB指令。THUBM是ARM以前的指令集，16bit，現在Cortex-M系列的都使用THUMB-2指令集，THUMB-2是32位的，相容16位和32位的指令，是THUMB的超級。

3.    向量表

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

定義一個數據段，名字為RESET，可讀。並宣告__Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size這三個標號具有全域性屬性，可供外部的檔案呼叫。

EXPORT：宣告一個標號可被外部的檔案使用，使標號具有全域性屬性。如果是IAR編譯器，則使用的是GLOBAL這個指令。

當核心響應了一個發生的異常後，對應的異常服務例程(ESR)就會執行。為了決定ESR 的入口地址，核心使用了"向量表查表機制"。這裡使用一張向量表。向量表其實是一個WORD（32 位整數）陣列，每個下標對應一種異常，該下標元素的值則是該ESR 的入口地址。向量表在地址空間中的位置是可以設定的，通過NVIC 中的一個重定位暫存器來指出向量表的地址。在復位後，該暫存器的值為0。因此，在地址0 （即FLASH 地址0）處必須包含一張向量表，用於初始時的異常分配。要注意的是這裡有個另類：0 號型別並不是什麼入口地址，而是給出了復位後MSP 的初值。

1 __Vectors  DCD   __initial_sp        ;棧頂地址
				
2            DCD   Reset_Handler       ;復位程式地址
			
3            DCD   NMI_Handler
				
4            DCD   HardFault_Handler
				
5            DCD   MemManage_Handler
				
6            DCD   BusFault_Handler
				
7            DCD   UsageFault_Handler
				
8            DCD
								0                    ; 0 表示保留
			
9            DCD
								0
				
10            DCD
								0
				
11            DCD
								0
				
12            DCD   SVC_Handler
				
13            DCD   DebugMon_Handler
				
14            DCD
								0
				
15            DCD   PendSV_Handler
				
16            DCD   SysTick_Handler
				
17 
			
18 
			
19 ;外部中斷開始
					
20            DCD   WWDG_IRQHandler
				
21            DCD   PVD_IRQHandler
				
22            DCD   TAMP_STAMP_IRQHandler
				
23 
			
24 ;限於篇幅，中間程式碼省略
25            DCD   LTDC_IRQHandler
				
26            DCD   LTDC_ER_IRQHandler
				
27            DCD   DMA2D_IRQHandler
				
28 __Vectors_End
				
			
1 __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

__Vectors為向量表起始地址，__Vectors_End 為向量表結束地址，兩個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個位元組為一個單位，地址0存放的是棧頂地址，0X04存放的是復位程式的地址，以此類推。從程式碼上看，向量表中存放的都是中斷服務函式的函式名，可我們知道C語言中的函式名就是一個地址。

DCD：分配一個或者多個以字為單位的記憶體，以四位元組對齊，並要求初始化這些記憶體。在向量表中，DCD分配了一堆記憶體，並且以ESR的入口地址初始化它們。

4.    復位程式

1 AREA    |.text|, CODE, READONLY
				
			
定義一個名稱為.text的程式碼段，可讀。

 1 Reset_Handler PROC
				
 2               EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]
				
 3               IMPORT  SystemInit
				
 4               IMPORT  __main
				
 5 
			
 6               LDR R0, =SystemInit
				
 7               BLX R0
				
 8               LDR R0, =__main
				
 9               BX  R0
				
10               ENDP
				

復位子程式是系統上電後第一個執行的程式，呼叫SystemInit函式初始化系統時鐘，然後呼叫C庫函式_mian，最終呼叫main函式去到C的世界。

WEAK：表示弱定義，如果外部檔案優先定義了該標號則首先引用該標號，如果外部檔案沒有宣告也不會出錯。這裡表示復位子程式可以由使用者在其他檔案重新實現，這裡並不是唯一的。

IMPORT：表示該標號來自外部檔案，跟C語言中的EXTERN關鍵字類似。這裡表示SystemInit和__main這兩個函式均來自外部的檔案。

SystemInit()是一個標準的庫函式，在system_stm32f4xx.c這個庫檔案總定義。主要作用是配置系統時鐘，這裡呼叫這個函式之後，F429的系統時鐘配被配置為180M。

__main是一個標準的C庫函式，主要作用是初始化使用者堆疊，最終呼叫main函式去到C的世界。這就是為什麼我們寫的程式都有一個main函式的原因。如果我們在這裡不呼叫__main，那麼程式最終就不會呼叫我們C檔案裡面的main，如果是調皮的使用者就可以修改主函式的名稱，然後在這裡面IMPORT你寫的主函式名稱即可。

 1 Reset_Handler PROC
				
 2               EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]
				
 3               IMPORT  SystemInit
				
 4               IMPORT  user_main
				
 5               LDR R0, =SystemInit
				
 7               BLX R0
				
 8               LDR R0, =user_main
				
 9               BX  R0
10               ENDP

這個時候你在C檔案裡面寫的主函式名稱就不是main了，而是user_main了。

LDR、BLX、BX是CM4核心的指令，可在《CM3權威指南CnR2》第四章-指令集裡面查詢到，具體作用見下表：

5.    中斷服務程式

在啟動檔案裡面已經幫我們寫好所有中斷的中斷服務函式，跟我們平時寫的中斷服務函式不一樣的就是這些函式都是空的，真正的中斷復服務程式需要我們在外部的C檔案裡面重新實現，這裡只是提前佔了一個位置而已。

如果我們在使用某個外設的時候，開啟了某個中斷，但是又忘記編寫配套的中斷服務程式或者函式名寫錯，那當中斷來臨的時，程式就會跳轉到啟動檔案預先寫好的空的中斷服務程式中，並且在這個空函式中無線迴圈，即程式就死在這裡。

 1 NMI_Handler     PROC    ;系統異常
			
 2                 EXPORT  NMI_Handler           [WEAK]
				
 3                 B       .
				
 4                 ENDP
				
 5 
			
 6 ;限於篇幅，中間程式碼省略
			
 7 SysTick_Handler PROC
				
 8                 EXPORT  SysTick_Handler       [WEAK]
				
 9                 B       .
				
10                 ENDP
				
11 
			
12 Default_Handler PROC    ;外部中斷
			
13                 EXPORT  WWDG_IRQHandler       [WEAK]
				
14                 EXPORT  PVD_IRQHandler        [WEAK]
				
15                 EXPORT  TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
				
16 
			
17 ;限於篇幅，中間程式碼省略
			
18 LTDC_IRQHandler
				
19 LTDC_ER_IRQHandler
				
20 DMA2D_IRQHandler
				
21                 B       .
				
22                 ENDP

B：跳轉到一個標號。這裡跳轉到一個'.'，即表示無線迴圈。

6.    使用者堆疊初始化

 1 ALIGN	

ALIGN：對指令或者資料存放的地址進行對齊，後面會跟一個立即數。預設表示4位元組對齊。

;*******************************************************************************
; 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

判斷是否定義了__MICROLIB ，如果定義了則賦予標號__initial_sp（棧頂地址）、__heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆結束地址）全域性屬性，可供外部檔案呼叫。如果沒有定義（實際的情況就是我們沒定義__MICROLIB）則使用預設的C庫，然後初始化使用者堆疊大小，這部分有C庫函式__main來完成，當初始化完堆疊之後，就呼叫main函式去到C的世界。

IF,ELSE,ENDIF：彙編的條件分支語句，跟C語言的if ,else類似

END：檔案結束

四、系統啟動流程

下面這段話引用自《CM3權威指南CnR2》3.8—復位序列，CM4的復位序列跟CM3一樣。

在離開復位狀態後， CM3 做的第一件事就是讀取下列兩個 32 位整數的值：

1、從地址 0x0000,0000 處取出 MSP 的初始值。

2、從地址 0x0000,0004 處取出 PC 的初始值——這個值是復位向量， LSB 必須是 1。 然後從這個值所對應的地址處取指。

圖 142 復位序列

請注意，這與傳統的 ARM 架構不同——其實也和絕大多數的其它微控制器不同。傳統的 ARM 架構總是從 0 地址開始執行第一條指令。它們的 0 地址處總是一條跳轉指令。在 CM3 中，在 0 地址處提供 MSP 的初始值，然後緊跟著就是向量表。向量表中的數值是 32 位的地址，而不是跳轉指令。向量表的第一個條目指向復位後應執行的第一條指令，就是我們剛剛分析的Reset_Handler這個函式。

圖 143 初始化MSP和PC的一個範例

因為 CM3 使用的是向下生長的滿棧，所以 MSP 的初始值必須是堆疊記憶體的末地址加 1。舉例來說，如果我們的堆疊區域在 0x20007C00-0x20007FFF 之間，那麼 MSP 的初始值就必須是 0x20008000。

向量表跟隨在 MSP 的初始值之後——也就是第 2 個表目。要注意因為 CM3 是在 Thumb 態下執行，所以向量表中的每個數值都必須把 LSB 置 1（也就是奇數）。正是因為這個原因，圖 143中使用0x101 來表達地址 0x100。當 0x100 處的指令得到執行後，就正式開始了程式的執行（即去到C的世界）。在此之前初始化 MSP 是必需的，因為可能第 1 條指令還沒來得及執行，就發生了 NMI 或是其它 fault。 MSP 初始化好後就已經為它們的服務例程準備好了堆疊。