【STM32】启动流程

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于 2025-06-17 16:56:59 首次发布

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1、STM32的启动过程

此处的启动过程是指从STM32芯片上电复位执行的第一条指令开始，到执行用户编写的main函数。这中间的工作是通过启动文件（.s）来完成的。

1.1、启动模式

STM32的复位方式有三种：上电复位，硬件复位和软件复位。当产生复位，并离开复位状态后，CM3内核做的第一件事就是从0x0000 0000处读取堆栈指针MSP的初始值，即栈顶指针；从0x0000 0004处去读程序计数器指针PC，即复位后执行的第一条指令。
而这两处的地址可以被重映射到其它地址空间（通过启动引脚高低电平的不同），通过映射到不同的地址空间，也就有了不同的启动模式，一般是以下三种。

引脚配置	启动模式	启动源	应用场景
BOOT0 = 0；BOOT1 = x	内部flash	从内部flash存储器启动，即用户应用程序	量产产品正式运行环境、掉电保存
BOOT0 = 1；BOOT1 = 1	内部sram	从内部sram存储器启动，程序加载到sram中执行	demo调试，断电不保存
BOOT0 = 1；BOOT1 = 0	系统存储器	从系统存储器启动，存放厂商预装的bootloader	ISP产品升级

2、.s启动文件解析

STM32的启动文件（一般是.s汇编文件，如startup_stm32f407xx.s）是STM32上电后执行的第一段代码，承担着“系统初始化化引导员”的角色。
它的主要作用是设置初始化栈指针（SP）、程序计数器（PC）、定义向量表、跳转到C库中__main函数，最终调用用户main函数。

2.1、栈和堆的初始化配置

定义栈和堆的大小，并指定分配内存空间。

Stack_Size		EQU     0x400

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

Heap_Size      EQU     0x200

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

2.2、向量表

定义储存中断服务程序地址的数组，即中断向量表。

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                ...

2.3、复位处理程序

Reset_Handler是复位处理程序，当MCU复位时，程序会跳转到这里执行。其中主要包括SystemInit函数和__main函数。

Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

2.4、其它中断处理程序

这里都是默认的异常处理程序，如非屏蔽中断（NMI）、硬故障（HardFault）等。可以在用户程序中重新定义这些中断处理程序，例如，在main.c中定义void SysTick_Handler(void)会覆盖启动文件中的弱定义。

2.5、用户栈和堆初始化

如果使用 MicroLIB，则导出栈顶指针、堆基地址和堆限制地址。否则，导入 __use_two_region_memory 符号，并定义__user_initial_stackheap函数，用于初始化用户栈和堆。
这里是用于初始化栈和堆的内存布局，并根据不同的工具链和库配置提供相应的接口。

                 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

1、MicroLIB分支
- 适用于Flash/RAM较小的场景（如F1系列）。
- 减小代码体积。
- 直接通过全局变量管理堆和栈，无需函数调用开销。
2、标准库
- 适用于需要完整的C库功能的场景（如malloc()，printf()）。
- 通过__user_initial_stackheap函数动态配置堆和栈，支持更灵活的内存管理。
- 双区域模型避免栈和堆的冲突（如栈溢出导致覆盖堆数据）

3、STM32启动流程

1、复位：当 STM32 微控制器复位时，处理器从地址 0 处读取栈顶指针（SP）的值，并将其加载到 SP 寄存器中。
2、跳转到复位处理程序：接着从地址 4 处读取复位处理程序的地址，并将其加载到程序计数器（PC）中，程序跳转到 Reset_Handler 执行。
3、系统初始化：在 Reset_Handler 中，首先调用 SystemInit 函数进行系统时钟等硬件配置的初始化。
4、进入 C 库启动函数：然后调用 __main 函数，__main 函数会完成一些初始化工作，如全局变量的初始化等，最终调用用户的 main 函数。
5、用户程序执行：程序进入用户的 main 函数，开始执行用户编写的代码。
6、异常处理：当发生异常或中断时，处理器会根据向量表中的地址跳转到相应的异常处理程序执行。