【STM32】启动过程分析

本文记录一下STM32F4系列的启动过程，也就是从STM32芯片上电复位执行的第一条指令，到执行用户编写的main函数这之间的过程。

1.启动模式

上电复位，硬件复位和软件复位。当产生复位，并且离开复位状态后，CM4 内核做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：
（1）从地址 0x0000 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址。
（2）从地址 0x0000 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向复位后执行的
第一条指令。

事实上，0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址可以被重映射到其他的地址空间。例如：我们将 0x0800 0000 映射到 0x0000 0000，即从内部 FLASH 启动，那么内核会从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针PC 的初始值。CPU 会从 PC 寄存器指向的地址空间取出的第 1 条指令开始执行程序，就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。将 0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址重映射到其他地址空间，就是启动模式选择。

2.启动文件

STM32 启动文件由 ST 官方提供，在官方的 STM32Cube 固件包里，对于 STM32F407 系列芯片的启动文件，我们选用的是 startup_stm32f407xx.s 这个文件。启动文件用汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。
启动文件主要做了以下工作：
1、初始化堆栈指针 SP = _initial_sp
2、初始化程序计数器指针 PC = Reset_Handler
3、设置堆和栈的大小
4、初始化中断向量表
5、配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）
6、配置系统时钟，通过调用 SystemInit 函数（可选）
7、调用 C 库中的 _main 函数初始化用户堆栈，最终调用 main 函数

3.启动流程

以代码下载到内部 FLASH的情况举例，即代码从地址 0x0800 0000 开始被执行。

当产生复位，并且离开复位状态后，CM4 内核做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：
（1）从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址。
（2）从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向中断服务程序Reset_Handler。

4.map文件分析

为了更好的分析 map 文件，我们先对需要用到的一些基础概念进行一个简单介绍，相关
概念如下：
⚫ Section：描述映像文件的代码或数据块，我们简称程序段
⚫ RO：Read Only 的缩写，包括只读数据（RO data）和代码（RO code）两部分内容，
占用 FLASH 空间
⚫ RW：Read Write 的缩写，包含可读写数据（RW data，有初值，且不为 0），占用
FLASH（存储初值）和 RAM（读写操作）
⚫ ZI：Zero initialized 的缩写，包含初始化为 0 的数据（ZI data），占用 RAM 空间
⚫ .text：相当于 RO code
⚫ .constdata：相当于 RO data
⚫ .bss：相当于 ZI data
⚫ .data：相当于 RW data

.map 文件是编译器链接时生成的一个文件，它主要包含了交叉链接信息。通过.map 文件，我们可以知道整个工程的函数调用关系、FLASH 和 RAM 占用情况及其详细汇总信息，能具体到单个源文件（.c/.s）的占用情况，根据这些信息，我们可以对代码进行优化。.map 文件可以分为以下 5 个组成部分：
1， 程序段交叉引用关系（Section Cross References）
2， 删除映像未使用的程序段（Removing Unused input sections from the image）
3， 映像符号表（Image Symbol Table）
4， 映像内存分布图（Memory Map of the image）
5， 映像组件大小（Image component sizes）