stm32系列启动文件解读(KEIL编译环境)
基于stm32f103c8t6芯片的启动文件进行分析。
启动文件在嵌入式芯片开发是必不可少的,其文件后缀是.s,通常需要加入工程参与编译。它的的用包括一下几点:
- 开辟栈、堆的空间。
- 初始化中断向量表。
- 调用外部SystemInit函数,初始化时钟。
- 调用C库函数__main初始化用户栈,调用main函数转到C世界。
启动文件使用汇编语言编写,如果熟悉汇编语言,那么很容易理解它;如果不熟悉汇编语言,针对启动文件里用到的汇编指令,下面会一一介绍。
1.启动文件使用到的汇编指令
指令名称 |
作用 |
EQU |
给数据常量起一个符号名,相当于C语言的#define |
AREA |
汇编一个新的代码段或者数据段 |
SPACE |
分配内存空间 |
PRESERVE8 |
告诉编译器,指定当前文件的堆按照8字节对齐 |
THUMB |
表示后面指令兼容THUMB指令。 |
EXPORT |
声明一个标号具有外部属性,可在外部文件使用 |
DCD |
以字节为单位,按照4字节对齐,并要求初始化这些内存 |
PROC |
定义子程序,与ENDP成对使用,表示子程序结束。 |
WEAK |
编译器指令(不同的编译器有差异),弱定义一个标号,如果外部文件声明了该标号,则优先使用外部文件的定义。避免出现重定义错误。 |
IMPORT |
声明标号来自外部文件,相当于C语言的extern |
B |
跳转到一个标号 |
ALIGN |
编译器指令(不同的编译器有差异),编译器对指令或数据的存放地址进行对齐,一般跟一个立即数,默认表示按照4字节对齐。 |
END |
文件结束标志 |
IF,ELSE,ENDIF |
汇编条件分支语句,相当于C语言的#if #else #endif |
; |
行注释起始符号,相当于C语言的“//“ |
2.启动文件代码分析
Stack_Size EQU 0x00000400AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem SPACE Stack_Size
__initial_sp
上面代码定义了栈的大小为0x00000400(1KB),名称为STACK,NOINIT表示不初始化,REAWRITE表示可读可下,ALIGN = 3表示按照8(即2^3)字节对齐。还定义了标号__initial_sp(栈的结束地址)。利用SPACE关键字来申请空间,大小为Stack_Size,记作Stack_Mem。栈是由高向低生长的。
栈的空间用于局部变量、函数调用、函数形参等开销,栈的大小不能超过芯片内部SRAM大小;如果编写的程序局部变量比较多,占用内存比较大,会造成栈溢出,导致进入硬故障,这时候需要考虑增加栈空间大小。
Heap_Size EQU 0x00000200AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_baseHeap_Mem SPACE Heap_Size
__heap_limit
上面的代码定义了堆大小为0x00000200(512字节),名称为HEAP,NOINIT表示不初始化,READWRITE表示可读可写,ALIGN = 3表示按照8(即2^3)字节对齐。还定义了标号:__heap_base(堆的起始地址)、__heap_limit(堆的结束地址)。利用SPACE关键字来申请空间,大小为Heap_Size,记作Heap_Mem。堆是由低向高生长的,与栈的生长方向相反。
堆的主要用于动态内存的分配,像malloc()函数申请的内存就在堆中。这个在STM32里面用得比较少。
PRESERVE8THUMB
上面两个在前面的指令表格里已经说明。
; Vector Table Mapped to Address 0 at ResetAREA RESET, DATA, READONLYEXPORT __VectorsEXPORT __Vectors_EndEXPORT __Vectors_Size
上面代码定义了一个数据段,名称为RESET,仅可读,还声明了3个外部文件可以使用的标号:__Vectors(向量表起始地址)、__Vectors_End(向量表结束地址)、__Vectors_Size(向量表大小)。
向量表其实就是一个WORD(32bit整数)数组,每一个下标对应一种异常,该下标元素的值则是该ESR的入口地址。向量表在地址空间的位置是可以被设置的,同过NVIC中的一个重定位寄存器来指定向量表的地址。复位之后,该寄存器的值为0。因此,在地址0(即flash地址0)处必须包含一张向量表,用于初始化时的异常分配。
接下来的代码就是分配向量表的内存
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack(栈顶地址)DCD Reset_Handler ; Reset Handler(复位程序地址)DCD NMI_Handler ; NMI HandlerDCD HardFault_Handler ; Hard Fault HandlerDCD MemManage_Handler ; MPU Fault HandlerDCD BusFault_Handler ; Bus Fault HandlerDCD UsageFault_Handler ; Usage Fault HandlerDCD 0 ; Reserved(保留)DCD 0 ; ReservedDCD 0 ; ReservedDCD 0 ; ReservedDCD SVC_Handler ; SVCall HandlerDCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor HandlerDCD 0 ; ReservedDCD PendSV_Handler ; PendSV HandlerDCD SysTick_Handler ; SysTick Handler; External InterruptsDCD WWDG_IRQHandler ; Window WatchdogDCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detectDCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper;(中间代码省略)DCD EXTI15_10_IRQHandler ; EXTI Line 15..10DCD RTCAlarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI LineDCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspend
__Vectors_End__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
上面代码利用DCD关键字以4字节对齐,分配了一堆内存,类似之前SPACE关键字的作用。利用__Vectors_End(堆结束地址)减去__Vectors(堆的起始地址)得到堆的大小__Vectors_Size。
向量表从flash的0地址开始放置,以4字节为一个单位,地址0存放的时栈顶地址,接着0x04存放的时复位程序的地址,以此类推。向量表中存放的都是中断函数的函数名,可我们知道C语言中函数名就是一个地址。
AREA |.text|, CODE, READONLY
上面代码表示是定义一个名称为.text的代码段,仅可读。
; Reset handler
Reset_Handler PROCEXPORT Reset_Handler [WEAK]IMPORT __mainIMPORT SystemInitLDR R0, =SystemInitBLX R0LDR R0, =__mainBX R0ENDP
复位子程序是系统上电第一个执行的程序,调用SystemInit函数(sysyem_stm32f4xx.c文件里定义的)初始化系统时钟等,然后调用C库函数_main(编译器自带的),在_main函数里最终会调用main函数转到C的世界。
LDR、BLX、BX是CM4内核的指令:
LDR:从储存器中加载一个字到寄存器中。
BL:跳转到由寄存器/标号给出的地址,并把跳转前的下一条指令保存到LR中。
BLX:跳转到由寄存器/标号给出的地址,并根据寄存器的LSE确定处理器的状态,并把跳转前的下一条指令保存到LR中。
BX:跳转到有寄存器/标号给出的地址,不用返回。
接下来的代码就是中断服务程序的实现,一般来说,我们会在外部的c文件实现中断函数,这里定义了只是备用,以防我们把某个中断使能了,但忘了实现它的中断函数或者函数名写错,那么系统就会执行下面的程序,并且下面的中断函数会进入无限循环,程序也就死在这里。
NMI_Handler PROC ;不可屏蔽的系统异常中断EXPORT NMI_Handler [WEAK]B .ENDPHardFault_Handler\ ;所有类型错误的中断PROCEXPORT HardFault_Handler [WEAK]B .ENDP(省略一部分代码)SysTick_Handler PROC ;系统滴答定时器中断EXPORT SysTick_Handler [WEAK]B .ENDPDefault_Handler PROC ;外设中断EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]EXPORT TAMPER_IRQHandler [WEAK]
(省略一部分代码)RTCAlarm_IRQHandlerUSBWakeUp_IRQHandlerB .ENDPALIGN
B:跳转到一个标号,这里跳转到一个‘.’,表示无限循环。
;*******************************************************************************; User Stack and Heap initialization;*******************************************************************************IF :DEF:__MICROLIB ;这个宏在KEIL里面开启 EXPORT __initial_spEXPORT __heap_baseEXPORT __heap_limit ELSE IMPORT __use_two_region_memory ;这个函数由用户自己实现EXPORT __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheapLDR R0, = Heap_MemLDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)LDR R3, = Stack_MemBX LRALIGNENDIFEND
如果勾选【Options for Target】->【Target】->【Use MicroLIB】,那么就会定义宏__MICROLOB。
如果定义了__MICROLOB,那么把__initial_sp(栈起始地址)、__heap_base(堆开始地址)、__heap_limit(堆结束地址)标号赋予全局属性,那么在外部文件也可以使用,然后堆和栈的初始化就由C库函数__main来完成。
如果没有定义__MICROLOB,采用双段存储器模式,且声明标号__user_initial_stackheap具有全局性,让用户自己来初始化堆和栈。KEIL C库函数会调用__user_initial_stackheap,通过R0~R3将堆栈以参数形式传递给KEIL C库。
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