单片机启动过程小白的单片机之旅——单片机的启动|设计与开发|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

小白的单片机之旅——单片机的启动

如前文《小白的单片机之旅——从点亮led说起（1）》所述，我们给mcu的所有文件就是一个bin文件，显然单片机的启动过程也体现于其中，与之相对应的文件就是与单片机硬件紧密对应的启动.s文件，下面我们以非常常见的使用ARM的cortex-M3内核的stm32f103zet单片机为例，说一说启动文件的内容。

一般该启动文件厂家会直接提供不需要自己去写，具体的文件内容这里不详细展开，就简单看一下启动文件的注释部分。简单来说启动文件做了以下一些事情：1、初始化栈指针；2、初始化程序指针为复位向量（这就是上电之后最开始要做的一些动作）；3、设置中断向量表（如果对照bin文件和我们编译生成的map文件就会发现bin文件中栈顶指针数据、复位向量后面紧接着的就是各种中断处理函数的地址，这些就构成了硬件需要的完整的中断向量表，可以看到的是很多中断都预先有定义并且被定义成weak，这就表示，用户可以重写对应的中断处理函数，在编译过程中会使用用户定义的那个）；4、初始化时钟系统（刚上电的时候clk是很慢的，在这里初始化时钟之后，mcu就快了）；5、如果有外部扩展sram，初始化之；6、按照链接脚本的指示初始化对应的内存数据（比如我们定义的那些初始化的全局变量就是这个阶段生效的）；7、跳转到我们用户的main函数（这就是我们一般认为c的程序入口）。

stm32f103zet对应启动文件的注释部分截图

中断向量表部分

由此，我们可以简要知道mcu上电之后发生的一些事情，进入我们的main函数之后，我们自己的“意志”开始执行了，下一节我们就一起看看如何将我们的控制led的意图告诉mcu，并让它正确的执行。

单片机启动流程分析（由单片机转linux非常有必要看一下）

一单片机启动流程概述

单片机上电后一直到准备好C语言运行环境并跳转到main函数执行总共经历了5个步骤：

1.内核初始化;

2.强制PC指针指向中断向量表的复位中断向量执行复位中断函数;

3.在复位中断函数中调用 SystemInit 函数，初始化时钟，配置中断向量表等

4.调用 __main 函数完成全局/静态变量的初始化和重定位工作，初始化堆栈和库函数

5.跳转到main函数中执行

二内核初始化

在单片机上电后首先会进行一系列内核的初始化，关于这部分工作我们只需要了解即可，在内核初始化的过程中主要做了以下几件事情：

1.内核复位和NVIC寄存器部分清零；

2.内核设置堆栈：内核从向量表0地址读出堆栈地址，并设置主堆栈指针（SP_main）；

3.设置PC和LR寄存器

a. LR设置未初始复位值0xFFFF FFFF

b. 单片机的内部硬件机制自动将PC指针定位到中断向量表的复位中断向量出，把复位中断函数Reset_Handler的地址赋值给PC指针，然后跳转执行Reset_Handler。

三复位中断函数 Reset_Handler

在内核复位的最后一步，将PC指针指向了复位中断向量，而复位中断服务函数中的内容才是我们真正需要关心的内容。查看IAR环境中的* .s 单片机汇编启动文件有以下一段内容：

Reset_Handler PROC

EXPORT Reset_Handler [WEAK]

IMPORT __main

IMPORT SystemInit

LDR R0, =SystemInit ;加载SystemInit的地址到寄存器R0中

BLX R0 ;跳转R0中的地址执行（执行SystemInit函数）

LDR R0, =__main ;加载SystemInit的地址到寄存器R0中

BX R0 ;跳转R0中的地址执行（执行__main函数）

ENDP

上面的代码就是Reset_Handler的中断服务函数，可以看到在服务中断函数中先使用 IMPORT声明了两个函数 __main，SystemInit，然后顺序跳转执行SystemInit和**__main**函数。下面我们再来了解一下这两个函数具体干了些什么事情：

SystemInit 函数：

在system_stm32f4xx.c文件中我们可以看到该函数的定义，该函数主要干了以下两件事情：

1.初始化时钟：SYSCLK，HCLK，PCLK2 and PCLK1 prescalers

2.配置中断向量表：中断向量表的定位是在 Flash 还是 SRAM，是否需要偏移）

注意：可以通过system_stm32f4xx文件中的宏定义修改系统时钟频率（通过设置锁相环的相关系数），中断向量表的地址（位于SRAM还是Flsah，是否偏移，偏移地址多少等参数）

__main()函数（在IAR中是 __iar_program_start ）:

该函数被封装进了编译器的库中，所以不同的IDE该函数的名称有所区别，但所实现的功能大致类似：

1.完成全局变量/静态变量/常量的初始化和重定位工作：

a. 跳转进入__scatterload_rt2函数：通过设置四个寄存器来配置待copy内容（静态变量、全局变量、常量）的的加载域和运行域，设置待copy内容的大小，为后续__scatterload_cpy()函数服务。

b. 跳转进入__scatterload_cpy函数，完成静态变量、全局变量、常量的从flash到SRAM的重定位。

c. 跳转进入__scatterload_zeroinit函数，完成未初始化的全局变量的初始化。

2.初始化堆栈（这里指程序栈）和库函数：

跳转进入__user_steup_stackheap函数：调用**__user_libspac__user_libspace**为C库保持了静态数据。这是一个96字节，0初始化的数据块，该块由C库创建。在C库初始化期间可以用来当做临时栈。再调用 __user_initial_stackheap 用户的初始化堆栈函数，实现用户的堆栈的配置，调用 _fp_init 和 __rt_fp_status_addr (C库函数) 两个函数调用实现浮点运算的支持。

3.程序的跳转，进入main()函数：

跳转进入用户的main函数

注意：

未初始化和初始值为零的全局变量，静态变量一般在RAM中, 初始值不为零的全局变量/静态变量一般在FLASH中。

因为Flash不能随机写（只能写0，不能写1），所以一般会在程序运行之前将初始值不为零的全局变量重定位到RAM中。

全局变量和常量的地址在编译时都已经被分配好了（所以能够在 .map 文件中看到）, 而局部变量则是程序运行时在栈中创建的，栈空间大小可以在IDE中设置。

单片机启动时，不需要用将代码从ROM搬移到RAM ，而 ARM 则需要。单片机程序执行的过程分三个步骤：取执行->分析指令->执行指令。取指令的任务是：根据 PC的值从程序存储器读出指令，送到指令寄存器。然后分析执行执行。这样单片机就从内部程序存储器去代码指令，从 RAM 存取相关数据。要知道RAM取数的速度是远高于ROM的，但是单片机因为本身运行频率不高，所以从ROM取指令慢并不影响。而ARM不同，CPU运行的频率高，远大于从 ROM读写的速度，所以一般有大型的操作系统时，都需要将代码部分拷贝到RAM中再执行。

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原文链接：https://blog.csdn.net/aa386447225/article/details/109546384