最通俗易懂的STM32完整启动流程分析

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文 | 无际（微信:2777492857）
全文约2454字，阅读大约需要 10 分钟
STM32启动流程一般也不用管，但是如果涉及到时钟配置，RTOS移植，堆栈大小的修改，就要了解下了。
           
搞清楚 STM32 的启动流程，不仅能明白芯片怎么从上电到运行程序，还能为调试和优化打下基础。简单来说，启动流程就是芯片从"睡梦中醒来"到"开始干活"的全过程。
           
这篇文章将用通俗易懂的语言，带你一步步拆解 STM32 的启动流程，从上电复位到进入 main 函数，揭开它的神秘面纱。
           
STM32 的启动流程可以分成三个大步骤：
           
1.上电复位：芯片一上电或被复位，CPU 就从一个固定的地址（通常是 0x00000000）开始跑代码。
2.系统初始化：包括设置堆栈、准备数据、配置时钟等，为程序运行搭好舞台。
3.跳转到 main 函数：一切就绪后，跳到用户写的 main 函数，开始执行你的程序逻辑。
           
这些步骤主要靠一个叫“启动文件”（startup file）的家伙完成。它通常是用汇编语言写的，负责在 C 语言环境准备好之前，把硬件初始化搞定。接下来，我们就来细细拆解这三大阶段。   

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一、复位和启动文件
1.复位是怎么回事？
           
STM32 的启动流程从“复位”开始。复位就像按下芯片的“重启键”，可以由几种情况触发：
           
上电复位：刚插上电源，芯片自动复位。
外部复位：通过复位引脚（比如按下开发板上的 RESET 键）。
软件复位：程序里故意触发复位。
           
不管哪种复位，结果都一样：CPU 被清零，然后从一个固定地址 0x00000000 开始执行代码。这个地址存的是复位处理程序（Reset_Handler）的入口。
           
不过，这个 0x00000000 的实际位置会变，取决于启动模式。
               
STM32 有三种启动模式，通过 BOOT0 和 BOOT1 引脚设置：
           
从闪存（Flash）启动：最常见，程序从内部 Flash（通常是 0x08000000）跑。
从系统内存启动：用来跑 bootloader 或更新固件。
从 SRAM 启动：调试时可能会用到。
           
大多数时候，我们选 Flash 启动，所以复位后，0x00000000 会映射到 0x08000000，这就是程序的起点。
           
2.启动文件干啥用的？
启动文件（比如 startup_stm32f10x_md.s）是用汇编语言写的，它的作用就像单片机的“开机助手”，负责在用户代码运行前完成一些关键准备工作。具体来说，它干了以下几件事：
           
定义中断向量表：这是一个地址表，告诉 CPU 当发生复位、中断等事件时，应该跳转到哪里执行代码。比如，复位时要跳到哪个地址。
           
设置堆栈：为程序分配一块内存区域（栈），用来存放临时数据，比如函数调用时的变量。
           
初始化系统：调用一些函数（比如 SystemInit），配置时钟、外设等硬件，确保单片机能正常运行。
           
跳转到 C 环境：最后跳转到 C 语言的 main 函数，让你的用户代码开始执行。
           
总结：启动文件是硬件和用户程序之间的桥梁，保证单片机从“刚睡醒”到“开始干活”能顺利过渡。   
           
           
二、单片机刚上电，第一步执行哪一部分代码？
单片机上电或复位后，CPU 会自动从一个固定的内存地址 0x00000000 开始执行代码。这个地址存放的是中断向量表的起始位置。
           
中断向量表在哪里？

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__Vectors 是 STM32 启动文件中定义的中断向量表（Interrupt Vector Table）。它是一个数据表，通常位于 Flash 的起始地址（例如 0x08000000），用于存储一些关键信息，包括堆栈顶部，复位函数，中断回调函数的地址。
           
这里的 DCD 表示“定义常量数据”（Define Constant Data），也就是说，__Vectors 存储的不是可执行的指令，而是供 CPU 读取的数据。
           
在 STM32 中，通常通过设置STM32单片机BOOT 引脚，配置启动模式。如果选择从 Flash 启动（最常见的情况），0x00000000 会映射到 Flash 的起始地址 0x08000000。所以，CPU 实际上是从 0x08000000 开始执行代码。
               
第一步具体做什么？         
   CPU 从 0x08000000 读取第一个字（32 位数据），这个字是栈顶地址（__initial_sp），用来设置堆栈指针（SP）。然后从下一个地址（0x08000004）读取复位处理程序的地址（Reset_Handler），并跳转到那里执行。
           
我们来看启动文件中中断向量表的一个典型例子：

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DCD：汇编指令，表示“定义一个字”（32 位数据）。
__initial_sp：栈顶地址，复位时 CPU 会把这个值加载到堆栈指针 SP，告诉程序临时数据存哪里。
           
ok，这里我们插一句，很多人可能会问，那__initial_sp在哪里？到底做了哪些事？
           
这段代码，通常是在头文件的开头。   

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下面对每段代码进行解释：
Stack_Size EQU 0x00000800;0x00000400         
这里定义了堆栈的大小为 0x00000800，也就是 2048 字节（十六进制 0x800 等于十进制的 2048）。
           
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
这行声明了一个名为 STACK 的内存区域：
NOINIT 表示该区域不需要初始化（即留空，不填充默认值）。
READWRITE 表示该区域可读可写，适合用作堆栈。
ALIGN=3 表示按 2^3（即 8 字节）对齐，以满足 STM32 CPU 的内存对齐要求。
           
Stack_Mem SPACE Stack_Size         
这行在 STACK 区域中为堆栈分配了 Stack_Size 大小的空间，也就是 2048 字节。这块内存将用于存储堆栈数据。
           
Stack_Mem：
表示堆栈内存的起始地址（栈底）。
是堆栈的底部边界，程序运行时 SP 不会低于这个地址，否则会发生堆栈溢出。
               
__initial_sp：         
这是一个标号，表示堆栈内存的结束地址（栈顶），程序启动时，CPU 会将这个地址加载到 SP 寄存器，作为堆栈的初始指针，随着数据压栈，SP 会从这个地址开始向下（地址减小）移动。
           
在汇编中，标号的位置由其定义处决定，因此 __initial_sp 的地址是 Stack_Mem 的起始地址加上 Stack_Size，也就是堆栈的最高地址。
           
ok，继续回到中断向量部分：

           
Reset_Handler：复位处理程序的地址，CPU 会跳转到这里开始执行后续初始化代码。
           
Reset_Handler 是启动文件中的一个函数，通常会：
调用 SystemInit：配置系统时钟等硬件。
跳转到 __main：进入 C 运行时环境。

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SystemInit 是 ST 库提供的函数，负责初始化时钟、外设等，比如设置系统时钟为 72MHz。   
         
__main 是 C 运行时库的入口，它会初始化全局变量（复制 .data 段到 SRAM，清零 .bss 段），然后跳转到用户写的 main 函数，至此头文件初始化完成。
           
可以把启动流程想象成“起床去上班”：
           
上电/复位：闹钟响了，你醒了。
设置堆栈__initial_sp：整理床铺，准备临时放东西的地方。
跳转 Reset_Handler：开始起床流程。
调用 SystemInit：洗漱、穿衣服（准备硬件）。
跳转 __main：吃早餐（准备软件环境）。
调用 main：出门上班（运行你的任务）。
           
STM32 的启动流程虽然复杂，但拆开看就很简单，弄懂这个过程，你就掌握了芯片的“开机密码”了。   

end

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