STM32F10x启动文件详解

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• 一、基础设定
• • 1.Cortex-M3内核的复位序列
  • 2.向量表
  • 3.AAPCS协定
• 二、启动文件 startup_stm32f10x_md.s 详解
• • 1.文件头
  • 2.堆栈空间分配

  在开始正式解释STM32F10x启动文件前，应首先对其Cortex-M3内核的复位序列以及中断向量等设定进行说明，才可能充分理解启动文件中每句代码的必要性。

  Cortex-M3内核上电后，首先对系统进行复位操作，保证初始状态的正确。离开复位状态后，首先要做的两件事是取出栈顶(MSP)的初始值以及程序计数器(PC)的初始值。Cortex-M3规定，在地址0x00000000处存放32位的栈顶(MSP)初始值，在地址0x00000004处存放32位的程序计数器(PC)初始值。实际流程如下图所示。

  需要说明的是，因为每个存储单元大小为8位，一个32位的值占用4个存储单元也就是4个地址偏移，所以栈顶(MSP)初始值和程序计数器(PC)初始值实际上是在存储单元上连续存放的。

  Cortex-M3内核拥有11个系统异常和最多240个外部中断，这些都是可以在代码执行的任何阶段对其打断，并进行异常的处理。每当发生异常时，异常产生部分会返回给Cortex-M3内核一个编号，每个编号对应着固定的异常，以此可以判断所产生的是哪一个异常。
  而，向量表中记录的就是每个异常发生后应该跳转到的代码执行地址-----即中断服务函数地址。通过固定向量表中异常的位置，加上发生中断时的编号(n)，即可在发生异常时通过向量表的基地址(base_add)加偏移地址计算出中断服务函数的地址(add)存放位置：add = bas_add + n * 4。
  STM32f10xxx固定的向量表顺序如下所示，其中开始执行时的地址是固定的，但是在运行开始以后，向量表是可以移动至其他位置的。（因为在flash中是无法在程序中更改向量地址的，则可以在运行开始后将向量表移动至ram中，即可随时修改向量地址。）

上表并不完全，因为篇幅原因，就不放完整向量表了。想看完整向量表的可以查看文档《STM32F10xxx中文参考手册》，或者点此查看。

  在进行STM32的编程时，使用的都是C语言。但是芯片上电后首先执行的是启动文件，是汇编语言编写的，之后由汇编语言环境跳转到C语言环境进行执行。在某些情况下也需要从C语言环境跳转到汇编语言执行一些C语言做不到的事情。由此就产生了两种新的环境转换情景，那么就需要两个环境在进行转换时按照一定的约束或者说是规则，保证跳转后可正常执行，保证还可正常跳转回之前状态。
  则AAPCS(ARM Architecture Procedure Call Standard)诞生了，即 “ARM架构程序调用标准” 。其中约定了调用函数时的参数、返回值以及某些寄存器在C语言环境下的作用等等。
  我们知道在汇编语言环境下可以访问的通用寄存器有R0-R15，除了一些特殊功能寄存器例如R13(MSP/PSP)、R14(LR)以及R15(PC)外，其他寄存器一般都可用于存储计算过程的数据使用。但是在C语言环境下，有函数类型代码，其包含参数和返回值，则AAPCS规定了其R0-R15的使用方式。其中R0-R4用于传递参数和返回结果，R4-R11用于保存函数内部的局部变量，R12定义为 “程序调用过程中备份寄存器”，其他的特殊寄存器则功能不变。两个环境下寄存器功能如下图所示。

  因为stm32的启动文件具有一般性，本文将startup_stm32f10x_md.s文件作为解释对象。由于本人水平有限，难免会有错误之处，欢迎指正。

  文件开头比较好理解，是ST官方编写者做的版权声明和文件功能的说明，翻译后如下所示。

;******************** (C) 版权所有 2011 STMicroelectronics ********************
;* 文件名称           : startup_stm32f10x_md.s
;* 作者               : MCD 应用团队
;* 版本               : V3.5.0
;* 日期               : 2011年3月11日
;* 说明               : 基于MDK-ARM工具链的STM32F10x中容量器件矢量表
;*                      这个文件执行:
;*                      - 初始化 SP（堆栈）
;*                      - 初始化 PC（程序指针）指向 Reset_Handler
;*                      - 设置除ISR地址外的向量表条
;*                      - 配置时钟系统
;*                      - 在C库中分支到__main(最终调用main())
;*                      重置后，CortexM3处理器处于线程模式，优先级为特权，堆栈设置为Main。
;* <<< 使用上下文菜单中的配置向导 >>>   
;*******************************************************************************
;本固件仅供参考，旨在为客户提供有关其产品的编码信息，以节省时间。
;因此，意法半导体公司不对因此类固件内容和/或客户使用本文中包含的
;与其产品相关的编码信息而引起的任何直接、间接或后果性损害承担责任。
;*******************************************************************************

  以下为栈空间的配置，为ram上的一段连续空间，用于在寄存器不够用时保存数据使用，常用的指令PUSH就是入栈操作，将数据临时保存到这段空间去，POP是将栈内的某些数据取出来。保存数据时，是由高地址向低地址增长。

;  配置栈
;    栈大小(以字节为单位)可以在 <0x0-0xFFFFFFFF:要保证8字节对齐>范围内
; 

Stack_Size      EQU     0x00000600

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

  ①第一句中 “EQU” 指令是一个伪指令，用于告诉编译器，在编译时，把此句后面的所有符号 “Stack_Size” 替换为值 0x00000600。相当于C语言中的#define的功能。
  ②第二句中 “AREA” 指令用于定义一个新的数据段或者代码段，编译器在编译时，会把这部分的代码编译为一个独立的部分，之后在链接时按段按需链接。

  以下为堆空间的配置，与栈类似，也是ram上的一段连续空间，用于使用C库中的内存管理函数使用，分配的空间可供数据存放，所以在不使用C库中的内存管理时，则可以不分配堆空间。与栈不同的是，保存数据时，是由低地址向高地址增长。

;  配置堆
;     堆大小(以字节为单位)可以在 <0x0-0xFFFFFFFF:要保证8字节对齐>范围内
; 

Heap_Size       EQU     0x00000200

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

  第一句中 “EQU” 指令是一个伪指令，用于告诉编译器，在编译时，把此句后面的所有符号 “Heap_Size” 替换为值 0x00000200。相当于C语言中的#define的功能。