ESP32的烧录和执行流程

零、前置名词说明

• 外部Flash：用户程序存储在CPU外部的SPI Flash存储器中。

• .data段：存储初始值非零的全局/静态变量。其初始值存储在Flash中，运行前需复制到RAM。

• .bss段：存储未初始化或初始化为0的全局/静态变量。其在Flash中不存储初始值，运行前需在RAM中分配空间并清零。

• XIP技术：让CPU能够直接从Flash中执行代码，而无需先将代码复制到RAM的技术，依赖Cache实现加速。

• Bootloader：芯片启动时运行的引导程序。ESP32有两级：第一级固化的ROM Bootloader；第二级存储在Flash中的可更新Bootloader。（复杂，后文没区分）

一、一级引导程序 (ROM Bootloader)

芯片上电后，首先运行固化在内部ROM中的第一级Bootloader。

• （一）该程序读取GPIO0等引脚的电平。

• （二）低电平：进入下载模式，通过串口接收数据并写入外部Flash。

• （三）高电平：从外部Flash的固定位置加载第二级Bootloader到内部RAM并执行。

自动下载电路通过控制GPIO0和EN引脚，自动完成“拉低->复位->释放”的时序，无需手动操作。

二、二级引导程序 (从Flash加载)

• 第二级Bootloader开始工作：

  • （一）进行必要的硬件初始化（如时钟、SPI控制器）。

  • （二）初始化MMU，建立CPU地址到Flash物理地址的映射关系，并使能I-Cache和D-Cache。

  • （三）将用户程序中的.data段（数据初始值）从Flash复制到RAM中的预定位置，并将.bss段对应的RAM区域清零。

  • （四）跳转到用户程序的入口地址。

此后，CPU通过I-Cache加速访问Flash中的指令，通过D-Cache加速访问RAM中的数据。、

三、执行应用程序

1. 运行底层初始化函数，准备C语言运行环境（如设置堆栈）。

2. 初始化FreeRTOS系统（如创建空闲任务、调度器）。

3. 创建app_main任务。

4. 启动FreeRTOS调度器。

5. 调度器开始运行app_main及其他任务，用户应用程序正式运行。（注：app_main函数返回后，系统仍继续运行）。