首頁 > 資源中心 > FAQ 一、文檔背景
分析以STM321x系列為例的啟動文件解析，了解相關的代碼原理和啟動文件的配置內容。對MDK的售前和售后培訓有一定的積累幫助，以及客戶對相關匯編語言的咨詢，同時我們可以更加深入了解到功能更復雜的CPU啟動文件。
二、 啟動文件簡介
啟動文件由匯編編寫，是系統上電復位后第一個執行的程序。主要做了以下工作：
1. 初始化堆棧指針SP（__initial_sp）
2. 初始化PC指針（Reset_Handler）
3. 初始化中斷向量表（__Vectors）
4. 配置系統時鐘（SystemInit）
5. 調用C庫函數_main初始化用戶堆棧，從而最終調用main函數去到C的代碼世界。
三、查找ARM匯編指令
在MDK內可以搜索到ARM的匯編指令，以EQU為例，檢索步驟如下：
打開MDK軟件界面，點擊“Help”->“Uvision Help“后進入”ARM Development Tools“界面進入搜索界面，輸入檢索名稱，選中”只搜索標題“后回車搜索。
圖3-1
下面列出了啟動文件中使用到的ARM匯編指令，該列表的指令全部從ARM Development Tools這個幫助文檔里面檢索而來。其中編譯器相關的指令WEAK和ALIGN為了方便也放在同一個表格內。
表 2?1 啟動文件使用的ARM匯編指令匯總
| 指令名稱 | 作用 |
| EQU | 給數字常量取一個符號名，相當于C語言中的define |
| AREA | 匯編一個新的代碼段或者數據段 |
| SPACE | 分配內存空間 |
| PRESERVE8 | 當前文件堆棧需按照8字節對齊 |
| EXPORT | 聲明一個標號具有全局屬性，可被外部的文件使用 |
| DCD | 以字為單位分配內存，要求4字節對齊，并要求初始化這些內存 |
| PROC | 定義子程序，與ENDP成對使用，表示子程序結束 |
| WEAK | 弱定義，如果外部文件聲明了一個標號，則優先使用外部文件定義的標號， 如果外部文件沒有定義也不出錯。要注意的是：這個不是ARM的指令，是編譯器的，這里放在一起只是為了方便。 |
| IMPORT | 聲明標號來自外部文件，跟C語言中的EXTERN關鍵字類似 |
| B | 跳轉到一個標號 |
| ALIGN | 編譯器對指令或者數據的存放地址進行對齊，一般需要跟一個立即數，缺省表示4字節對齊 要注意的是：這個不是ARM的指令，是編譯器的，這里放在一起只是為了方便。 |
| END | 到達文件的末尾，文件結束 |
| IF,ELSE,ENDIF | 匯編條件分支語句，跟C語言的if else類似 |
注意：經測試MDK5.36及以前版本搜索出來標題為”Assember User Guide：“
表 2?1 啟動文件使用的ARM匯編指令匯總
圖3-2
四、啟動文件代碼解析
1. 注釋說明
圖4-1
該啟動代碼適用的芯片系列、代碼版本、日期、版權所有者等相關信息。
2. Stack棧
圖4-2
EQU：給數字常量取一個符號名，相當于C語言中的define。
本例中使用EQU命名 Stack_Size為0x00000400。
AREA：匯編一個新的代碼段或者數據段。
STACK:命名為（HEAP）棧，
NOINIT：不進行初始化
READWRITE：可讀可寫
ALIGN=3 ：8（2^3）字節對齊，為8字節對齊。
SPACE：用于分配一定大小的內存空間，單位為字節。
本例中使用SPACE分配 Stack_Mem大小為 Stack_Size的內存空間，即為0x00000400（1024個字節）(1K)
標號__initial_sp緊挨著SPACE語句放置，表示棧的結束地址，即棧頂地址（棧的增長方向是從高地址到低地址）
注：
棧存儲函數的形參、以及函數里定義的局部變量，所以在本例中函數的局部變量、數組這些不能超過1K(含嵌套的函數)，否則程序就會崩潰進入hardfaul.
除去這些局部變量以外，還有一些實時操作系統的現場保護、返回地址都是存儲在棧里面。
3. Heap堆
圖4-3
EQU：給數字常量取一個符號名，相當于C語言中的define。
本例中使用EQU命名 Heap_Size為0x00000200。
AREA：匯編一個新的代碼段或者數據段。
HEAP:命名為（HEAP）棧，
NOINIT：不進行初始化
READWRITE：可讀可寫
ALIGN=3 ：8（2^3）字節對齊，為8字節對齊。
SPACE：用于分配一定大小的內存空間，單位為字節。
本例中使用SPACE分配 Heap_Mem大小為 Heap_Size的內存空間，即為0x00000200（512個字節）
標號_heap_limit緊挨著SPACE語句放置，表示堆的結束地址（堆的增長方向是從低地址到高地址）
注：
堆主要用來動態內存的分配，意味著如果你用malloc()函數，那么最大分配的內存不能大于512字節，否則程序會崩潰。
PRESERVE8：指定當前文件的堆棧按照8字節對齊。
THUMB：THUMB指令指示匯編程序使用UAL語法將后續指令解釋為T32指令。
4. 向量表
圖4-4-1
AREA：匯編一個新的代碼段或者數據段。
RESET:命名為RESET（復位），
DATA：包含數據，而不是指令。默認為READWRITE
READONLY：只可讀不可寫
EXPORT：聲明一個標號可被外部的文件使用，使標號具有全局屬性。
本例中：聲明 __Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size這三個標號具有全局屬性，可供外部的文件調用。
圖4-4-2
DCD：分配一個或者多個以字為單位的內存，以四字節對齊，并要求初始化這些內存。在向量表中，DCD分配了一堆內存，并且以ESR的入口地址初始化它們。
__initial_sp：棧頂地址 0x0000 0000
Reset_Handler：復位程序 0x0000 0004
NMI_Handler：不可屏蔽中斷，RCC時鐘安全程序連接到NMI向量0x0000 0008
HardFault_Handler： 所有類型的錯誤 0x0000 000C
MemManage_Handler：存儲器管理 0x0000 0010
BusFault_Handler：預取指失敗，存儲器訪問失敗 0x0000 0014
UsageFault_Handler：未定義的指令或非法狀態 0x0000 0018
0：保留函數當前狀態，0x0000 001C - 0x0000 002B
SVC_Handler：通過SWI指令的系統服務調用 0x0000 002C
DebugMon_Handler ：調試監控器 0x0000 0030
0：0：保留函數當前狀態 0x0000 0030 - 0x0000 0034
PendSV_Handler ：可掛起的系統服務 :0x0000 0034
SysTick_Handler:系統嘀嗒定時器：0x0000 0038
外部中斷：
WWDG_IRQHandler ：窗口定時器中斷 0x0000 0040
PVD_IRQHandler：連到EXTI的電源電壓檢測(PVD)中斷 0x0000 0044
TAMPER_IRQHandler：侵入檢測中斷 0x0000 0048
RTC_IRQHandler：實時時鐘(RTC)全局中斷 0x0000 004C
FLASH_IRQHandler：閃存全局中斷 0x0000 0050
RCC_IRQHandler：復位和時鐘控制(RCC)中斷 0x0000 0054
根據芯片手冊，在起始文件內進行地址的設置。
__Vectors為向量表起始地址，__Vectors_End 為向量表結束地址，兩者標號的差值即可算出向量表大小。
向量表從FLASH的0地址開始放置，以4個字節為一個單位，地址0存放的是棧頂地址，0X04存放的是復位程序的地址，以此類推。從代碼上看，向量表中存放的都是中斷服務函數的函數名，可我們知道C語言中的函數名就是一個地址。
5. 復位程序
圖4-5
AREA：定義一個名稱為.text的代碼段，可讀。
復位子程序是系統上電后第一個執行的程序，調用SystemInit函數初始化系統時鐘，然后調用C庫函數_mian，最終調用main函數去到C的世界。
WEAK：表示弱定義，如果外部文件優先定義了該標號則首先引用該標號，如果外部文件沒有聲明也不會出錯。這里表示復位子程序可以由用戶在其他文件重新實現，這里并不是唯一的。
IMPORT：表示該標號來自外部文件，跟C語言中的EXTERN關鍵字類似。這里表示SystemInit和__main這兩個函數均來自外部的文件。
SystemInit()是一個標準的庫函數，在system_stm32f103xe.c這個庫文件中定義。主要作用是配置系統時鐘，這里調用這個函數之后，單片機的系統時鐘被配置為72M。
| 指令名稱 | 作用 |
| LDR | 從存儲器中加載字到一個寄存器中 |
| BL | 跳轉到由寄存器/標號給出的地址，并把跳轉前的下條指令地址保存到LR |
| BLX | 跳轉到由寄存器給出的地址，并根據寄存器的LSE確定處理器的狀態，還要把跳轉前的下一條指令地址保存到LR |
| BX | 跳轉到由寄存器/標號給出的地址，不用返回__main是一個標準的C庫函數，主要作用是初始化用戶堆棧，并在函數的最后調用main函數去到C的世界。這就是為什么我們寫的程序都有一個main函數的原因。 |
6. 中斷服務程序
在啟動文件里面已經幫我們寫好所有中斷的中斷服務函數，跟我們平時寫的中斷服務函數不一樣的就是這些函數都是空的，真正的中斷復服務程序需要我們在外部的C文件里面重新實現，這里只是提前占了一個位置而已。
如果我們在使用某個外設的時候，開啟了某個中斷，但是又忘記編寫配套的中斷服務程序或者函數名寫錯，那當中斷來臨時，程序就會跳轉到啟動文件預先寫好的空的中斷服務程序中，并且在這個空函數中無限循環，即程序就死在這
里。
圖4-6
例如：NMI_Handler
PROC/ENDP：定義子程序，PROC與ENDP成對使用，表示子程序結束
EXPORT：聲明一個標號具有全局屬性，可被外部的文件使用
B：跳轉到一個標號。這里跳轉到一個‘.’，即表示無限循環。
7. 用戶堆棧初始化
ALIGN：對指令或者數據存放的地址進行對齊，后面會跟一個立即數。缺省表示4字節對齊。
圖4-7-1
首先判斷是否定義了__MICROLIB，如果定義了這個宏則賦予標號__initial_sp（棧頂地址）、 __heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆結束地址）全局屬性， 可供外部文件調用。有關這個宏我們在KEIL里面配置，具體見下圖。然后堆棧的初始化就由C庫函數_main來完成。
圖4-7-2
如果沒有定義__MICROLIB，則插入標號__use_two_region_memory，這個函數需要用戶自己實現，具體要實現成什么樣， 可在KEIL的幫助文檔里面查詢到。
圖4-7-3
然后聲明標號__user_initial_stackheap具有全局屬性，可供外部文件調用，并實現這個標號的內容。
IF,ELSE,ENDIF?：匯編的條件分支語句，跟C語言的if ,else類似
END?：程序結束。
五、討論分析
1. 如何快速修改啟動文件的值？
在編輯界面將”Text Editor“選擇為”Configuration Wizard“，在編輯器中打開文件。大多數啟動文件都包含對配置向導提供類似 GUI 的控件來設置值。在下方”Value“內修改相關數據即可。
圖5-1
六、總結
無論是何種MCU 都必須有啟動文件，因為對于嵌入式開發，絕大部分情況都是使用C語言，而C語言一般都是從main 函數開始，但是對于MCU來說，它是如何找到并執行main函數的，就需要用到“啟動文件”，就是各種 startup_xxxx.s 文件。
啟動文件是使用機器可以理解的匯編語言，經過一些必要的配置，最終能夠調用 main 函數，使得用戶程序能夠在 MCU上正常運行起來的必備文件。
本文對較為簡易的STM32F1x系列的啟動文件進行分析，對內部的匯編語言進行剖析，進行逐行分析和說明注釋。
