STM32启动过程与向量表

本文详细解析了STM32微控制器的启动过程,包括二进制文件结构、中断向量表布局、启动汇编文件内容及分散加载文件配置等。通过理解这些关键组件的作用,读者能够更好地掌握STM32如何从上电到执行用户代码。

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	今天理了一下arm处理器的启动过程,发现以前对Cortex-M3的启动过程有所误解,Cortex-M3的启动过程与ARM7/ARM9并不一样。

一.首先看一下一个典型的STM32程序的二进制文件:


注意开始地址的前2“字”,0x2000870,0x08000635.

二.在工程文件里,进入debug模式,点击 “RET”复位


发现MSP就是程序文件的第一个32bit内容,PC则是下一个32bit内容。注意0x08000635与0x08000634:加载到 PC 的数值是奇数( LSB=1) ,表明这是在
Thumb 状态下执行,因为Cortex-M3处理器不能执行ARM指令;另一方面, CM3 中的指令至少是半字对齐的,所以 PC 的 LSB 总是读回 0。

三.再看下STM32的启动文件下的中断向量表


事实上,可以明显地看出,STM32程序的文件的开始地址位置就是存放了这个中断向量表。

四.stm32的启动汇编文件中

                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler             ; Reset Handler
代码本身只是定义一个代码段,而负责将它定位在绝对零位置的是分散加载文件(.sct)。

LR_IROM1 0x08000000 0x00010000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00010000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
  }
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00005000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}
可以看到 RESET 段被定位到0x08000000+0位置。


五.现在可以理清STM32的启动过程了:1.上电后,STM32根据BOOT0/BOOT1的状态设置启动地址(例如BOOT0=0则将主存储器地址0x08000000设为启动地址);2.从启动地址读MSP与PC,程序通过此PC跳至复位中断Reset_Handler。3.这时程序才真正开始;Reset_Handler中断程序可自由编写,但是

 LDR     R0, =__main
         BX      R0
这句通常少不了(除非你自己花时间写)。__main是一个库函数,这个函数为STM32做了很多准备工作例如RO/RW的搬运,ZI清零,堆栈初始化,最后跳转到真正的用户main()函数。



### STM32启动文件中中断向量表相关的配置 #### 中断向量表概述 STM32 的中断向量表是一个存储区域,用于定义各种异常和中断处理程序的位置。该表位于闪存或 SRAM 的起始地址处,并通过硬件加载到 CPU 的 NVIC(嵌套向量中断控制器)。当发生中断或异常时,CPU 将从向量表中获取对应的服务例程入口地址并跳转执行。 在 STM32 启动过程中,无论哪种启动模式,设备始终从 `0x0000 0000` 地址开始运行[^1]。此地址通常是 Flash 存储器的起点,在某些情况下也可以重新定位至其他内存区域(如 SRAM)。 --- #### 初始化过程解析 初始化中断向量表过程通常由启动文件完成。以下是具体实现细节: 1. **向量表结构** 在启动文件中,会定义一个名为 `__Vectors` 的段,表示中断向量表的内容。例如: ```c __Vectors: .word _estack /* 堆栈指针初始值 */ .word Reset_Handler /* 复位中断服务程序 */ ... .word NMI_Handler /* 非屏蔽中断 (NMI) */ .word HardFault_Handler /* 硬件错误中断 */ ... ``` 这些条目依次列出了复位、系统异常以及外设中断的入口地址[^2]。 2. **链接脚本的作用** 链接脚本负责将上述向量表放置于指定的内存位置。例如: ```ld MEMORY { FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K RAM (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K } SECTIONS { .isr_vector : { KEEP(*(.isr_vector)) } >FLASH } ``` 此部分确保了中断向量表被正确映射到 Flash 起始地址 `0x08000000` 或者可以动态调整到 SRAM 地址范围内的某个偏移位置。 3. **SystemInit 函数的功能扩展** SystemInit 是一个重要的初始化函数,一般位于 `system_stm32fxxx.c` 文件中。它的职责之一就是设置中断向量表的具体基地址。如果需要更改默认的向量表位置,则可以通过修改 SCB->VTOR 寄存器来实现。例如: ```c SCB->VTOR = VectorTableAddress; // 设置新的向量表地址 ``` 默认情况下,SCB->VTOR 指向的是 Flash 的首地址;但在调试阶段或者特殊应用场合下可能将其改写为 SRAM 地址以便支持自定义功能需求[^3]。 4. **复位流程中的角色扮演** 当 MCU 上电或手动触发 RESET 键后,PC 寄存器会被赋予指向复位矢量的第一个字节的数据作为第一条要被执行命令所在之处——即 Reset_Handler 所代表的地方[^5]。随后按照既定逻辑逐步调用必要的子模块直至进入用户编写的 Main 循环体之前完成了全部前期准备工作。 --- #### 动态重定向技术探讨 除了固定不变的标准布局之外,还有机会利用软件手段灵活改变当前使用的实际表格版本号。这允许开发者在同一项目里根据不同场景切换不同的响应策略而无需反复烧录固件代码本身即可达成目的。操作步骤如下所示: - 修改 VTOR 寄存器以更新活动状态下的有效目标列表; - 刷新缓存机制以防旧数据残留干扰新设定生效; - 测试验证改动后的行为表现是否符合预期效果。 这种灵活性特别适用于多任务操作系统环境或者是那些频繁涉及实时性能优化工作的复杂工程项目之中。 --- ### 示例代码展示 下面给出一段简单的演示如何编程控制 STM32 更换正在运用当中所依赖的那个特定实例化形式的例子: ```c // 定义一个新的向量表放在SRAM中 void NewVectorTable(void){ uint32_t *new_table; new_table = (uint32_t *)0x20000000; // 新建堆栈顶部地址 *(new_table++) = ((uint32_t)&_estack); // 添加各个中断处理器... *(new_table++) = (uint32_t)Reset_Handler; *(new_table++) = (uint32_t)NMI_Handler; *(new_table++) = (uint32_t)HardFault_Handler; ... // 更新VTOR寄存器指向这个新的向量表 SCB->VTOR = 0x20000000; } ``` 以上片段展示了怎样构建另一个可供选择采用的形式并且激活它成为即时可用选项的方法论思路。 ---
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