启动模式

stm32有多种启动模式，以stm32f4xx为例，如下图所示：

最常见的是第一种，从片上flash启动，也是芯片的正常运行模式。

第二种从system memory启动，仅适用于使用串口下载程序或者使用USB-DFU模式下载程序的情况，程序同样是下载到flash。

第三种从SRAM启动一般用于程序调试的情况，使用也较少。

（并非所有芯片都适用于这个表格，不同型号具体启动方式请参考对应手册，st官方也有统一的bootloader介绍文档可供查阅）

我们先来分析一下stm32的启动文件，即startup_stm32xxxxxx.s（只要是Cortex-M内核的芯片都会有这个启动文件，名称可能有所区别）。

分配了一段大小为1KB的栈空间，段名STACK，可读写，ALIGN=3表示2^3=8字节对齐，__initial_sp紧挨着栈的结束地址，由于栈是从高往低生长，所以__initial_sp的位置就是栈顶。

分配了一段大小为512字节的堆空间，段名HEAP，可读可写，8字节对齐，__heap_base和__heap_limit分别是堆的起始地址和结束地址。

指定当前文件的堆栈按照8字节对齐，后面指令兼容16位的Thumb指令。Cortex-M内核实际使用的是Thumb-2指令集，将16位与32位指令混合使用。

定义了一个数据段，名为DATA，仅可读。

上文为堆栈分配的空间均位于SRAM中，不占用代码空间，从这个数据段开始才是stm32代码空间的起始位置，先定义并初始化了栈顶位置（__initial_sp）以及15个内核异常处理函数的入口地址，接下来是外部中断，最后用结束地址减去开始地址得到__Vectors_Size即本数据段的大小。

reset_handler即复位程序的实际执行代码，上电或是复位都会先从这里开始执行然后进入main函数，具体的执行过程暂且按下不表，我们继续看启动文件的后续内容。

将除了reset_handler外的内核异常都分别写成无限循环（B .）的弱函数，外部中断也是如此，只是函数起始位置都是同一个地址。

如果使用了microlib则将栈顶地址和堆的起始、结束地址export出去，microlib会进行堆栈初始化的操作，若是没有使用，则堆栈初始化时会使用__user_initial_stackheap函数。

stm32的代码是烧写到flash中的，通过查询手册可知，flash的起始地址是0x08000000：

通过keil已配置好工程的flash download界面也可以查看烧写位置和大小。

但是Cortex-M内核规定上电后必须从0x00000000的位置开始执行，这就需要一个地址映射的操作，不论stm32的启动模式是本文开头说的哪一种，都会将该启动区域的代码映射到0x00000000的位置，进入keil的调试模式打开memory窗口：

可以看到，0x00000000开始的数据和flash起始位置0x08000000开始的数据是完全相同的。

分析启动代码时我们提到过，从DATA段开始才是代码段的起始位置，那么0x08000000作为起始地址的4字节空间存储的就是__initial_sp的地址，即栈顶地址，上电或复位后，硬件会自动将该地址赋给msp，即主栈指针，随后将0x08000004作为起始地址的4字节空间内容，也就是reset_handler函数入口地址赋给PC。

此时程序会立刻去执行reset_handler，让我们回过头来看看reset_handler中做了些什么：

可以看到，reset_handler中执行了两个程序，systeminit和__main。

其中不同型号芯片的默认systeminit函数有所区别，内容往往是初始化时钟、FPU等。

用户没有重写__main的情况下，该函数并不在库文件中，而是由armlink创建，如果想要在keil调试的时候查看__main的具体执行过程，需要在BX R0指令运行前点击汇编代码的内容框，再继续单步执行，则可以看到__main的汇编代码，否则会直接跳进main函数。

通过查询官方文档可以得知，__main中调用了__scatterload和__rt_entry两个函数：

补充一下官方文档的说明：应用代码和数据可能存于“根区域”或是“非根区域”，前者拥有相同的加载和执行地址，后者则不同。（这里结合文档，我的个人理解是：只读的代码和变量这类不需要移动的数据都属于“根区域”，即flash中，而可读可写的数据属于“非根区域”，因为要搬运到RAM中才能实现写操作，也不排除用户自行定义变量存储位置时，需要额外的搬运工作，这也属于“非根区域”）

默认的__scatterload函数做了两件事：

1.将ZI段数据全部初始化为0

2.将“非根区域”的数据从加载域复制到执行域（将可读可写的数据搬运到RAM）

在keil工程目录下的${工程名}.sct文件中可以查看加载域和执行域的地址以及数据存储位置：

可以看到，加载域的地址就是flash的地址，且只读的数据（RO、XO）放在flash（0x08000000--0x08080000）中，可读可写的数据（RW、ZI）放在RAM（0x20000000--0x20018000）中。

__scatterload函数执行完后接着调用__rt_entry，__rt_entry又调用了如下函数：

其中__user_setup_stackheap就是启动文件末尾的函数，如果没有使用microlib的话就会调用它。

__rt_entry负责初始化堆栈以及C语言库子系统，即C语言代码运行所必需的环境，随后万事俱备，就可以跳入main函数执行C语言代码了。

当然，如果没有在main函数中写死循环的话，main函数执行完了后会到达exit退出程序。

简单总结一下，芯片上电第一件事是把代码空间的第一行，即栈顶指针赋给msp，随后将第二行reset_handler的入口地址赋给pc，使程序立刻跳转去执行reset_handler，在reset_handler中先初始化时钟、FPU等硬件相关配置（具体内容根据芯片型号有所不同），再初始化ZI段，将代码和数据从加载域搬运到执行域，随后初始化堆栈和C语言库子系统，使得C语言代码能够正常运行，最后跳入main函数执行用户编写的C程序。