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Cortex-Mx芯片是如何启动的?

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发表于 2021-11-8 13:51 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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Cortex-Mx启动流程步骤详解

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单片机在上电的时候会经历一个启动的流程,不管是你从手册描述上看得见的,还是看不见的,亦或者你不知道还有这种操作的,这个启动都是客观事实存在的,今天我们就用白话文来唠一唠Cortex-Mx系列的启动流程(此文章知识广泛适用于CPU为Cortex-Mx系列的mcu)。

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图1

9 l. a# T% d' x0 E0 I' b% A$ ]) `
如上图为STM32F0系列单片机系统存储器的映射图(其他系列型号,映射图会有区别,但流程还是一样的),通常,当处理器从复位中启动时,它首先会访问位于0x0000 0000地址处的向量表,这个向量表是什么?从哪里来?跟程序员又有什么关系?明确的讲这几个问题跟我们的启动文件是紧密相关的。启动文件就是对启动流程的“展现”,启动文件中包含了向量表(向量表中包含了堆栈指针地址、复位向量程序地址、以及系统中各类中断函数的入口地址,简单点讲就是单片机启动的时候得经过这个向量表,执行复位程序得经过这个向量表,执行中断还得经过向量表,从向量表中找中断函数的入口地址)。当然启动文件也是由程序员写的(只不过大多数由厂家的Coder代劳了)。下面我们一起来弄清楚吧!

, G5 s' Y6 i; T" m图2(VectorTable部分截图)4 l. t2 b" o1 |6 y( `) i

) ?, q, W. C8 y# l上图为厂家参考手册上给出的向量表的部分截图,启动文件中程序员编写的向量表就是根据这个表格来编写的,每一行为向量表的一个组成成员,第一行为表示堆栈指针初始值,第二个字为复位向量地址,后面的行是各种类型的中断向量地址,也就是中断函数的入口地址(在图中第一个字被描述为保留,第二个字描述为复位,这两行内容非常重要!)。
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前面我们说了一个关键点,当处理器从复位中启动时,它首先会访问0x0000 0000地址处的向量表,并读取向量表的前2个字,第一个字为堆栈指针MSP初始值(堆栈是一个临时的空间,用来临时存储一些信息,就像电影里面的“龙门客栈”一样,供过往客人临时歇脚。);第二个字为复位向量,它表示程序执行的起始地址。当读取到该地址之后,会自动跳到复位向量处开始执行程序(图2红框处,最右边的一列地址栏,第一行地址空间从0x0000 0000开始 - 0x0000 0003结束,第二行从0x0000 0004开始-0x0000 0007结束,后面以此类推,每行占4个字节,即1个字)。
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但是比较晕的是:图1中大家可以看到,地址0x0000 0000处已经存在内容了,是系统BOOT的配置,这段内容是厂家固化的一段代码,我们写的代码是存储在从0x0800 0000开始往后的地方,即Main Flash Memory存储区(见图1)。6 z9 x& s5 P0 x, h9 @1 f* S" y
6 k5 Z9 G# c; q6 F2 N: l
那大家想我们写的代码(启动文件也算写的代码的一部分),是放在FLASH存储区的,而单片机上电的时候是从0x0000 0000处开始执行,那么系统是怎么访问到我们自己写的这个向量表呢?- ?! `2 @( K  J, R5 t- @. b& H, o
7 t5 e" P% R/ t( E% l
这个设计者考虑了,系统会自动把我们代码启动文件中的向量表映射到0x0000 0000地址处,也就是说在0x0800 0000开始存放代码的地方我们有一张自己写的向量表,系统会找到这张向量表,把这张向量表映射到0x0000 0000处,这样就相当于在0x0000 0000开始的这个地方也有了一张向量表了。2 z9 F$ m9 K) U$ z9 s3 z
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图3! ^) R* E" `- b4 ]1 }. j! Q
3 u3 p9 o& j# f/ N! A

  {* J+ g6 @( J% _如图3,系统一旦读取到向量表的第二个字复位向量的地址时,那么就跳到复位向量的地址开始执行程序,我们可以在复位向量地址处写上自己的用户代码,执行完这段代码之后,指挥程序跳到主函数main程序运行,那么这样连贯起来,程序正常跑起来了,这就是一个完整的启动。
6 N" B# ?# ]9 N# H

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* J. W# e1 v6 r3 s

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发表于 2021-11-8 14:13 | 只看该作者
启动文件就是对启动流程的
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发表于 2021-11-8 14:14 | 只看该作者
系统会自动把我们代码启动文件中的向量表映射到0x0000 0000地址处,也就是说在0x0800 0000开始存放代码的地方我们有一张自己写的向量表
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