上一篇文章我寫(xiě)了STM32的RAM和Flash，文章最后我建議大家來(lái)深入研究一下STM32上電啟動(dòng)過(guò)程。同時(shí)有小伙伴留言說(shuō)想讓我講一下IAP(在線升級(jí)程序)。其實(shí)如果搞懂STM32的上電啟動(dòng)過(guò)程，那么IAP就可以信手拈來(lái)了。下面我們一起來(lái)研究研究。

先說(shuō)啟動(dòng)文件

我們正常在操作一款單片機(jī)的時(shí)候，都是從main函數(shù)開(kāi)始進(jìn)行編程的，但是單片機(jī)上電是從main函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行的嗎？答案當(dāng)然是否定的，在main函數(shù)之前單片機(jī)最先執(zhí)行的是硬件設(shè)置SP、PC然后是“啟動(dòng)文件”，一般主要是項(xiàng)目文件里面的startup_xxxxx.s文件。其實(shí)這個(gè)就是我們常說(shuō)的Bootloader。

其實(shí)不光STM32系列單片機(jī)是這樣，我們接觸的NXP的微控制器、TI的MSP430以及51單片機(jī)等等其實(shí)都是有上述的啟動(dòng)文件的。啟動(dòng)文件負(fù)責(zé)的就是從單片機(jī)復(fù)位開(kāi)始到main函數(shù)之前這段時(shí)間所需要進(jìn)行的工作。我們一般很少接觸啟動(dòng)文件的主要原因是開(kāi)發(fā)環(huán)境往往給開(kāi)發(fā)者自動(dòng)的提供了這個(gè)啟動(dòng)文件，不需要我們?cè)偃ゲ傩?，直接從main函數(shù)開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了。

STM32三種啟動(dòng)方式

接觸過(guò)STM32系列單片機(jī)的朋友應(yīng)該知道STM32有三種啟動(dòng)模式，用戶可以通過(guò)設(shè)置BOOT0和BOOT1的引腳電平狀態(tài)，來(lái)選擇復(fù)位后的啟動(dòng)模式。

需要注意的是STM32上電復(fù)位以后，代碼區(qū)都是從0x00000000開(kāi)始的，三種啟動(dòng)模式只是將各自存儲(chǔ)空間的地址映射到0x00000000中。

1）從Flash啟動(dòng)，將Flash地址0x08000000映射到0x00000000，這樣啟動(dòng)以后就相當(dāng)于從0x08000000開(kāi)始的，這是我們最常用的模式；

2）從SRAM啟動(dòng)，將SRAM地址0x20000000映射到0x00000000，這樣啟動(dòng)以后就相當(dāng)于從0x20000000開(kāi)始的，用于調(diào)試，筆者基本沒(méi)用過(guò)；

3）從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)(可以看上篇文章里的內(nèi)存映射圖，System memory)，將系統(tǒng)存儲(chǔ)器地址0x1FFFF000映射到0x00000000，這樣啟動(dòng)以后就相當(dāng)于從0x1FFFF000開(kāi)始執(zhí)行的，值得注意的是這個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器里面存儲(chǔ)的其實(shí)是STM32自帶的Bootloader代碼，這其實(shí)是一個(gè)官方的IAP，它提供了可以通過(guò)UART1接口將用戶的代碼下載到Flash中的功能，下載完以后再切換到從Flash中啟動(dòng)就可以正常運(yùn)行了。打個(gè)比方這個(gè)官方的Bootloader就相當(dāng)于我們玩路由器時(shí)的“不死breed”。筆者之前在調(diào)STM32低功耗的時(shí)候?qū)⑾螺d口給復(fù)用了其他功能導(dǎo)致“變磚”，就是通過(guò)這種方式恢復(fù)的

切回正題

下面我們來(lái)具體看一下從用戶的Flash啟動(dòng)STM32，從上電到main函數(shù)之間的這段時(shí)間都做了什么。

1)第一步是硬件設(shè)置SP、PC

我們參考《Cortex-M3權(quán)威指南》向量表章節(jié)表7.6，如下圖所示：

前兩段地址主要是用來(lái)指定SP和PC的初值，上一節(jié)我們已經(jīng)知道了映射關(guān)系，所以這時(shí)已自動(dòng)從0x08000000位置處讀取數(shù)據(jù)賦值給了棧指針SP，從0x08000004位置處讀取數(shù)據(jù)賦值給了PC。需要注意的是這個(gè)復(fù)位向量初始值并不是固定的，可以通過(guò)一個(gè)叫“向量表偏移量寄存器”來(lái)修改定位。

下圖是我們那個(gè)開(kāi)源OLED時(shí)鐘項(xiàng)目的HEX文件，用J-Flash打開(kāi)就可以看到設(shè)置完的SP=0x20005B88，PC=0x0800282D。

2)第二步是設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘

我們接著來(lái)追蹤系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡，上面我們已經(jīng)知道了PC的地址為0x0800282D，但是這沒(méi)有遵循4字節(jié)對(duì)齊，我們將其對(duì)齊為0x0800282C，這時(shí)我們打開(kāi)項(xiàng)目文件里面的.map文件，找到這個(gè)地址，如下圖示：

我們發(fā)現(xiàn)來(lái)到了第一節(jié)說(shuō)的startup_xxxxx.s文件，我們打開(kāi)startup文件找到：

我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)行到了SystemInit，C的世界我們就不陌生了，在項(xiàng)目文件的system_stm32f10x.c里面可以找到SystemInit函數(shù)，也就是初始化系統(tǒng)時(shí)鐘了。

3)第三步是___main

到這里大家可能會(huì)以為已經(jīng)到了main函數(shù)了，其實(shí)不是這樣的。___main和main是不一樣的，我們尋找這個(gè)___main會(huì)發(fā)現(xiàn)找不到，startup文件里面沒(méi)有，map文件里面也沒(méi)有。其實(shí)它是在MDK自帶的庫(kù)里面了，主要的功能是軟件設(shè)置SP、加載.data.bss并初始化棧區(qū)。由于需要在線跟蹤才能看到，我在這里就不給大家列出來(lái)了，感興趣的朋友可以深入研究一下。

4)最后來(lái)到C的世界

在執(zhí)行到___main的最后就跳轉(zhuǎn)到了C文件的main函數(shù)了。

最后用一張圖來(lái)整體看一下流程：

總 結(jié)

到這里STM32的存儲(chǔ)器以及上電啟動(dòng)過(guò)程就完整的總結(jié)完了，希望對(duì)大家有所幫助，大家如果感興趣可以在調(diào)試STM32的時(shí)候一步一步的來(lái)跟蹤一下看看，每一款單片機(jī)的啟動(dòng)文件其實(shí)都是很值得玩味的，對(duì)我們系統(tǒng)的來(lái)體會(huì)控制器的架構(gòu)、指令集、中斷向量等內(nèi)容是很有幫助的。大家如果將啟動(dòng)過(guò)程了解清楚了對(duì)我們后面來(lái)進(jìn)行IAP等有意思的操作是很有幫助的。