MCU启动过程简介

最新推荐文章于 2025-10-11 13:47:52 发布

原创最新推荐文章于 2025-10-11 13:47:52 发布 · 1k 阅读

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这是完全由硬件自动完成的步骤，程序员无法干预，但必须了解。

上电复位 (Power-On Reset)
- 当给 MCU 施加电源后，内部的复位电路会保持 MCU 处于复位状态，直到电源电压稳定达到正常工作范围（例如 3.3V 或 5.0V）。这确保了芯片不会在电压不稳时发生误操作。
时钟初始化
- 复位释放后，MCU 首先会使用其内部RC振荡器 (Internal RC Oscillator) 作为初始时钟源。这是因为内部RC振荡器起振快，但精度较低。它为后续更复杂的初始化过程提供基本的时钟驱动。
获取初始堆栈指针 (SP) 和程序计数器 (PC)
- 这是最关键的一步。CPU 会从中断向量表 (Interrupt Vector Table) 的起始地址（通常是 Flash 存储器的第一个地址，如 0x0000_0000）读取前两个字（Word）：
  - 第一个字：加载到主堆栈指针 (MSP) 寄存器。这是系统启动后使用的第一个堆栈，为后续的C语言函数调用提供内存空间。
  - 第二个字：加载到程序计数器 (PC) 寄存器。这个值通常是复位异常处理函数 (Reset_Handler) 的地址。CPU 会跳转到这个函数开始执行代码。

从这一步开始，软件开始接管。芯片厂商会提供一个默认的启动文件（Startup File，通常是汇编和C混合编写，如 startup_stm32fxxx.s）。这个文件中的 Reset_Handler 函数负责为运行C语言代码搭建一个完整的环境。

初始化堆栈指针 (SP)
- 虽然硬件已经设置了MSP，但一些复杂的系统（如带有RTOS或双堆栈的ARM Cortex-M芯片）可能还会在这里重新设置或初始化堆栈。
初始化数据段 (.data)
- 问题：已初始化的全局变量和静态变量（如 int a = 100;）的初始值存储在Flash中，但它们的运行时值需要在可读写的RAM中。
- 操作：启动代码会将这部分变量的初始值从Flash拷贝到RAM中对应的 .data 区域。
清零BSS段 (.bss)
- 问题：未初始化的全局变量和静态变量（如 int b;）默认值应为0，它们被归类在 .bss 段。
- 操作：启动代码会将整个 .bss 段所在的RAM区域全部清零。这确保了这些变量从0开始。
初始化标准库 (可选)
- 如果用户程序使用了标准库函数（如 printf, malloc），这里会调用 SystemInit 等函数来初始化系统时钟（切换到外部晶振、配置PLL提高频率）、初始化内存管理单元等。
跳转到 main 函数
- 在所有准备工作完成后，Reset_Handler 会最终跳转到用户的 main() 函数。从此，控制权完全交给了用户的应用程序。

用户程序开始执行，通常包含以下步骤：

硬件外设初始化
- 在 main() 函数中，首先要初始化所需的各种外设，如GPIO（设置输入/输出模式）、UART（配置波特率）、SPI、I2C、ADC等。
- 配置系统时钟（如果启动文件中没有完全配置的话）。
- 设置中断优先级和使能中断。
RTOS初始化（如果使用）
- 对于运行实时操作系统（RTOS）的系统，会在这里创建任务（Task）、队列（Queue）、信号量（Semaphore）等，然后启动调度器（Scheduler）。
进入主循环 (Main Loop)
- 最后，程序通常会进入一个无限的 while(1) 循环，在这里不断地执行主要的应用程序逻辑，如读取传感器数据、处理用户输入、控制执行器等。

阶段	执行者	核心任务	是否可编程
第一阶段	硬件	稳定电压、提供基础时钟、读取SP和PC	否
第二阶段	启动文件 (`Reset_Handler`)	搭建C语言环境：初始化堆栈、.data段、.bss段	是（需修改启动文件）
第三阶段	用户程序 (`main()`)	初始化外设、创建任务、执行应用逻辑	是

关键概念：

中断向量表 (IVT)：一个存放着所有异常和中断处理函数地址的表格，是硬件和软件连接的桥梁。
启动文件：芯片厂商提供，是项目的重要组成部分，它完成了硬件到软件的关键过渡。理解它对于深入理解嵌入式系统至关重要。
链接脚本 (Linker Script)：它定义了内存布局（Flash和RAM的地址范围），并指定了各个段（如 .text, .data, .bss）在内存中的存放位置。启动文件的操作依赖于链接脚本的定义。

希望这份详细的分解能帮助你彻底理解MCU的启动过程！