基本知识框架

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课堂笔记

正常复位后的启动流程

STM32在复位上电后，会立即执行main函数吗？

并不是，在执行main函数前，STM32会依次经历：

硬件选择启动模式
读取启动模式对应存储器的中断向量表
初始化栈
初始化PC指针，指向Reset Handler
初始化系统时钟
执行C库函数__main，进入C语言的世界，执行main函数

在main函数之前执行的这些流程，被称为STM32的启动流程。虽然这个流程较难理解，但是是必须要掌握

硬件

STM32单片机引出的引脚中有BOOT0和BOOT1两个引脚，通过在这两个引脚上加上不同的电平，可以使得STM32进入不同的启动模式

BOOT0	BOOT1	存储器	存储器对应地址
0	X	内部Flash（常用）	0x0800 0000
1	0	系统存储器（存储厂家编写的ISP程序，只读，运行ISP程序可以串口传入的数据保存到内部Flash中）	0x1FFF 0000
1	1	内部sRam（断电后代码数据会丢失，可用于执行临时代码）	0x2000 0000

软件

经过硬件判断后，STM32会选择对应存有代码的存储介质（如内部Flash），并开始从存储器基地址开始读取数据，寻找中断向量表

中断
中断指的是STM32在执行当前任务时，遇到异常情况，需要保存当前任务的进度，去处理其他任务，处理完异常情况再返回处理原任务的这种行为。
例如一个人在吃饭（当前任务），此时他的快递到了（异常情况），他放下碗筷（保存进度），去拿了快递（执行异常任务），再返回家中吃饭（返回执行原任务），这就是“中断”

中断向量表
对于机器而言，遇到的异常情况不会过于复杂，可以通过中断向量表将所有的突发情况汇总
中断向量表本质上是一个32位整数数组，它存储了发生异常时，需要执行的对应任务函数的地址，当发生异常情况时，会将对应的地址赋值给PC寄存器，进而执行对应任务

以下是Flash中存储的中断向量表

优先级：优先级标号越小，中断优先级越高
MSP：Main Stack Pointer，指的是主堆栈指针

以选择了Flash存储器为例，在找到中断向量表后，STM32由地址0x0000 0000开始执行代码，首先要执行的任务是初始化主堆栈指针MSP，下一步是执行复位后的中断Reset（复位后重新上电也是一种异常情况），对应的处理函数是Reset Handler()，Reset Handler要做的事主要有两个：

通过SystemInit()函数，初始化系统时钟
通过C库函数__main，执行用户函数main

以上就是STM32单片机的大致启动流程

Flash启动文件

STM32的启动流程中的软件部分，可以通过修改启动文件stm32f10x_xx.s去配置，根据不同的机型和可用资源，xx可以分为：
在这里插入图片描述
不同的启动文件，内容都大同小异。其主要的任务是

初始化堆
初始化栈
配置中断处理函数Reset Handler
配置系统时钟
通过C库函数__main，运行用户函数main
用户堆栈配置

以中容量的startup_stm32f10x_hd.s文件为例，以下是文件内容：

;******************** (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics ********************
;* File Name          : startup_stm32f10x_md.s
;* Author             : MCD Application Team
;* Version            : V3.5.0
;* Date               : 11-March-2011
;* Description        : STM32F10x Medium Density 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 clock system
;*                      - Branches to __main in the C library (which eventually
;*                        calls main()).
;*                      After Reset the CortexM3 processor is in Thread mode,
;*                      priority is Privileged, and the Stack is set to Main.
;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>   
;*******************************************************************************
; THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS AT PROVIDING CUSTOMERS
; WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN ORDER FOR THEM TO SAVE TIME.
; AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD LIABLE FOR ANY DIRECT,
; INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING FROM THE
; CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE MADE BY CUSTOMERS OF THE CODING
; INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION WITH THEIR PRODUCTS.
;*******************************************************************************

; 数据段
; 栈初始化
; 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>
Stack_Size      EQU     0x00000400                          ; 定义栈的大小为1KB
                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3   ; 分配数据段，数据段名称为`STACK`,该数据段不进行初始化,可以读写，8（2^3）字节对齐
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size                          ; 为栈分配1KB的空间
__initial_sp                                                ; 栈顶地址，栈是由高地址向低地址生长的

; 堆初始化
; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Heap_Size       EQU     0x00000200                         ; 定义堆的大小为256B
                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3   ; 分配数据段，数据段名称为`HEAP`,该数据段不进行初始化,可以读写，8（2^3）字节对齐
__heap_base                                                ; 堆的起始地址
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size                          ; 为堆分配256B的空间
__heap_limit                                               ; 堆的结束地址

                PRESERVE8                                  ; 当前文件的堆栈，按照8字节对齐
                THUMB                                      ; 表示后面指令兼容 THUMB 指令。THUBM 是 ARM 以前的指令集，16bit，现在Cortex-M系列的都使用 THUMB-2 指令集，THUMB-2 是 32 位的，兼容 16 位和 32 位的指令，是 THUMB的超集

; 配置中断向量表，从地址0x0000 0000开始
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY              ; 分配数据段，数据段名称为`RESET`,该数据段只读
                EXPORT  __Vectors                          ; 定义外部标号__Vectors，从外部文件读取
                EXPORT  __Vectors_End                      ; 定义外部标号__Vectors_End，从外部文件读取   
                EXPORT  __Vectors_Size                     ; 定义外部标号__Vectors_Size，从外部文件读取
;为中断处理函数的地址分配内存空间，存到向量表中（注意：存储的是地址），具体内容可以到STM32中文参考手册中查看
__Vectors       DCD     __initial_sp                       ; Reserve
                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                                  ; Reserve
                DCD     0                                  ; Reserve
                DCD     0                                  ; Reserve
                DCD     0                                  ; Reserve
                DCD     SVC_Handler                        ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler                   ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                                  ; Reserve
                DCD     PendSV_Handler                     ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler                    ; SysTick Handler

                ; 外设的中断地址
                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler                    ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler                     ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler                  ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler                     ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler                   ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler                     ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler                   ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler                   ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler                   ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler                   ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler                   ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler           ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler           ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler           ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler           ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler           ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler           ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler           ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler                  ; ADC1_2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler          ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler         ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler                ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler                ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler                 ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler                ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler                 ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler            ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler                 ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler                    ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler                    ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler                    ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler                 ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler                 ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler                 ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler                 ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler                    ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler                    ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler                  ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          		   ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler                  ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler               ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler                ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler               ; USB Wakeup from suspend
__Vectors_End                                              ; 中断向量表结束
__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors  		   ; 计算向量表大小

; 代码段
                AREA    |.text|, CODE, READONLY            ; 分配代码段，数据段名称为`|.text|`，定义代码段，该数据段只读

; 复位中断函数
; Reset handler
Reset_Handler    PROC                                      ; 定义函数，PROC...ENDP表示函数的开始和收尾，中间是函数内容
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]  ; 使得Reset Handler函数拥有全局属性，外部其他函数也可以使用此函数
     IMPORT  __main                                        ; 说明此函数是由外部定义的
     IMPORT  SystemInit
                 LDR     R0, =SystemInit				   ; 外部SystemInit函数，初始化系统时钟
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main				       ; 通过C库函数__main，可以进入
                 BX      R0
                 ENDP

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
; [WEAK]指令会优先使用外部的链接符号，但是没有原型，编译器也不会出现报错
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  TAMPER_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  RTC_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_Channel1_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel2_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel3_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel4_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel5_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel6_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel7_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  ADC1_2_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  [WEAK]
                EXPORT  USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
                EXPORT  CAN1_RX1_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  CAN1_SCE_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  EXTI9_5_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM1_BRK_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  TIM1_UP_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM1_TRG_COM_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  RTCAlarm_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  USBWakeUp_IRQHandler       [WEAK]

WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMPER_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Channel1_IRQHandler
DMA1_Channel2_IRQHandler
DMA1_Channel3_IRQHandler
DMA1_Channel4_IRQHandler
DMA1_Channel5_IRQHandler
DMA1_Channel6_IRQHandler
DMA1_Channel7_IRQHandler
ADC1_2_IRQHandler
USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_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
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler

                B       .

                ENDP

                ALIGN

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

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