STM32F407汇编启动文件解析 (OTA 初始篇)
2021/4/10 12:29:18
本文主要是介绍STM32F407汇编启动文件解析 (OTA 初始篇)，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
问题起源
在编写 STM32 OTA 程序过程中对 FLASH第一个字存放栈顶地址和第二个字存放中断向量表实现比较疑惑，不太确定是在程序的哪个阶段固定这两个地址到了FLASH中，查询资料后发现原来就在启动文件中。
之前工作写应用都是从自定义的main函数开始思考流程，虽然一直知道有启动文件，但是是因为汇编语言编写，所以没有深入了解，这次借此机会把启动文件的流程和具体功能过一遍。
下方代码后都附有具体的注释，实际会汇编指令不多，具体功能都在下方有解释。
代码分析
;*******************************************************************************
;* File Name : startup_stm32f407xx.s
;* Author : MCD Application Team
;* Description : STM32F407xx devices vector table for MDK-ARM toolchain.
设备向量表用于MDK-ARM编译工具链
;* This module performs:
这个模块执行
;* - Set the initial SP 设置最初的堆栈指针
;* - Set the initial PC == Reset_Handler 设置程序计数器值为 复位中断处理函数
;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address 设置向量表入口为异常中断地址？
;* - Branches to __main in the C library (which eventually
;* calls main()). 运行至在C库中的__main函数(最终调用main())。
;* After Reset the CortexM4 processor is in Thread mode,
;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main. 重置后，CortexM4处理器处于线程模式，优先级为特权，堆栈设置为Main。
;********************************栈空间设置 在内存中************************************************
Stack_Size EQU 0x400 ;定义栈空间大小为0x400个字节，即1Kbyte。等价于： C中#define Stack_Size 0x00000400
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem SPACE Stack_Size ;伪指令AREA，表示开辟一段大小为Stack_Size的内存空间作为栈。 READWRITE 表示在内存中
__initial_sp ;标号__initial_sp，表示栈空间顶地址。
;***********************************堆空间设置 在内存中*********************************************
Heap_Size EQU 0x200 ;定义堆空间大小为0x400个字节，也为1Kbyte。
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;伪指令AREA，READWRITE表示在内存中
__heap_base ;标号__heap_base，表示堆空间起始地址。
Heap_Mem SPACE Heap_Size ;开辟一段大小为Heap_Size的内存空间作为堆。
__heap_limit ;标号__heap_limit，表示堆空间结束地址。
PRESERVE8 ;告诉编译器以8字节对齐。
THUMB ;告诉编译器使用THUMB指令集。
;***********************************对断向量表设置 在FLASH中*********************************************
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset ;
;定义只读数据段，实际上是在CODE区（假设STM32从FLASH启动，则此中断向量表起始地址即为0x8000000）
AREA RESET, DATA, READONLY ;READONLY代表在CODE区，也就是FLASH区
EXPORT __Vectors ;将标号__Vectors声明为全局标号，这样外部文件就可以使用这个标号。类似于C中的extern
EXPORT __Vectors_End ;同上
EXPORT __Vectors_Size ;同上
;重要：以下为建立中断向量表，也就是上电首先将这几个地址放置到FLASH开始的位置，这里就是为什么说 FLASH第一个字存放栈顶地址，第二个字存放复位中断函数的由来！
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
DCD NMI_Handler ; NMI Handler
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler
DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler
DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
DCD SVC_Handler ; SVCall Handler
DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler
DCD 0 ; Reserved
DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler
DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler
; External Interrupts
DCD WWDG_IRQHandler ; Window WatchDog
DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detection
DCD TAMP_STAMP_IRQHandler ; Tamper and TimeStamps through the EXTI line
DCD RTC_WKUP_IRQHandler ; RTC Wakeup through the EXTI line
DCD FLASH_IRQHandler ; FLASH
DCD RCC_IRQHandler ; RCC
DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line0
DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line1
DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line2
DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line3
DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line4
DCD DMA1_Stream0_IRQHandler ; DMA1 Stream 0
DCD DMA1_Stream1_IRQHandler ; DMA1 Stream 1
DCD DMA1_Stream2_IRQHandler ; DMA1 Stream 2
DCD DMA1_Stream3_IRQHandler ; DMA1 Stream 3
DCD DMA1_Stream4_IRQHandler ; DMA1 Stream 4
DCD DMA1_Stream5_IRQHandler ; DMA1 Stream 5
DCD DMA1_Stream6_IRQHandler ; DMA1 Stream 6
DCD ADC_IRQHandler ; ADC1, ADC2 and ADC3s
DCD CAN1_TX_IRQHandler ; CAN1 TX
DCD CAN1_RX0_IRQHandler ; CAN1 RX0
DCD CAN1_RX1_IRQHandler ; CAN1 RX1
DCD CAN1_SCE_IRQHandler ; CAN1 SCE
DCD EXTI9_5_IRQHandler ; External Line[9:5]s
DCD TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler ; TIM1 Break and TIM9
DCD TIM1_UP_TIM10_IRQHandler ; TIM1 Update and TIM10
DCD TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler ; TIM1 Trigger and Commutation and TIM11
DCD TIM1_CC_IRQHandler ; TIM1 Capture Compare
DCD TIM2_IRQHandler ; TIM2
DCD TIM3_IRQHandler ; TIM3
DCD TIM4_IRQHandler ; TIM4
DCD I2C1_EV_IRQHandler ; I2C1 Event
DCD I2C1_ER_IRQHandler ; I2C1 Error
DCD I2C2_EV_IRQHandler ; I2C2 Event
DCD I2C2_ER_IRQHandler ; I2C2 Error
DCD SPI1_IRQHandler ; SPI1
DCD SPI2_IRQHandler ; SPI2
DCD USART1_IRQHandler ; USART1
DCD USART2_IRQHandler ; USART2
DCD USART3_IRQHandler ; USART3
DCD EXTI15_10_IRQHandler ; External Line[15:10]s
DCD RTC_Alarm_IRQHandler ; RTC Alarm (A and B) through EXTI Line
DCD OTG_FS_WKUP_IRQHandler ; USB OTG FS Wakeup through EXTI line
DCD TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler ; TIM8 Break and TIM12
DCD TIM8_UP_TIM13_IRQHandler ; TIM8 Update and TIM13
DCD TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler ; TIM8 Trigger and Commutation and TIM14
DCD TIM8_CC_IRQHandler ; TIM8 Capture Compare
DCD DMA1_Stream7_IRQHandler ; DMA1 Stream7
DCD FMC_IRQHandler ; FMC
DCD SDIO_IRQHandler ; SDIO
DCD TIM5_IRQHandler ; TIM5
DCD SPI3_IRQHandler ; SPI3
DCD UART4_IRQHandler ; UART4
DCD UART5_IRQHandler ; UART5
DCD TIM6_DAC_IRQHandler ; TIM6 and DAC1&2 underrun errors
DCD TIM7_IRQHandler ; TIM7
DCD DMA2_Stream0_IRQHandler ; DMA2 Stream 0
DCD DMA2_Stream1_IRQHandler ; DMA2 Stream 1
DCD DMA2_Stream2_IRQHandler ; DMA2 Stream 2
DCD DMA2_Stream3_IRQHandler ; DMA2 Stream 3
DCD DMA2_Stream4_IRQHandler ; DMA2 Stream 4
DCD ETH_IRQHandler ; Ethernet
DCD ETH_WKUP_IRQHandler ; Ethernet Wakeup through EXTI line
DCD CAN2_TX_IRQHandler ; CAN2 TX
DCD CAN2_RX0_IRQHandler ; CAN2 RX0
DCD CAN2_RX1_IRQHandler ; CAN2 RX1
DCD CAN2_SCE_IRQHandler ; CAN2 SCE
DCD OTG_FS_IRQHandler ; USB OTG FS
DCD DMA2_Stream5_IRQHandler ; DMA2 Stream 5
DCD DMA2_Stream6_IRQHandler ; DMA2 Stream 6
DCD DMA2_Stream7_IRQHandler ; DMA2 Stream 7
DCD USART6_IRQHandler ; USART6
DCD I2C3_EV_IRQHandler ; I2C3 event
DCD I2C3_ER_IRQHandler ; I2C3 error
DCD OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler ; USB OTG HS End Point 1 Out
DCD OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler ; USB OTG HS End Point 1 In
DCD OTG_HS_WKUP_IRQHandler ; USB OTG HS Wakeup through EXTI
DCD OTG_HS_IRQHandler ; USB OTG HS
DCD DCMI_IRQHandler ; DCMI
DCD 0 ; Reserved
DCD HASH_RNG_IRQHandler ; Hash and Rng
DCD FPU_IRQHandler ; FPU
__Vectors_End
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
AREA |.text|, CODE, READONLY ;定义存储在FLASH中
; Reset handler 复位中断函数
Reset_Handler PROC ;PROC…ENDP结构表示程序的开始和结束。
EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;声明复位中断向量Reset_Handler为全局属性，这样外部文件就可以调用此复位中断服务。
IMPORT SystemInit ;导入 SystemInit函数
IMPORT __main ; 导入__main函数 __main是编译器提供的函数，在其内部跳转到了C中的main函数
LDR R0, =SystemInit
BLX R0 ;执行 SystemInit函数
LDR R0, =__main
BX R0 ;执行main函数
ENDP
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
; 定义中中断处理函数，[WEAK]表示弱函数，可以在其他地方覆盖定义，类似JAVA中的重写
NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .
ENDP
HardFault_Handler\
PROC
EXPORT HardFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
MemManage_Handler\
PROC
EXPORT MemManage_Handler [WEAK]
B .
ENDP
BusFault_Handler\
PROC
EXPORT BusFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
UsageFault_Handler\
PROC
EXPORT UsageFault_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SVC_Handler PROC
EXPORT SVC_Handler [WEAK]
B .
ENDP
DebugMon_Handler\
PROC
EXPORT DebugMon_Handler [WEAK]
B .
ENDP
PendSV_Handler PROC
EXPORT PendSV_Handler [WEAK]
B .
ENDP
SysTick_Handler PROC
EXPORT SysTick_Handler [WEAK]
B .
ENDP
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ADC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_TX_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_RX1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN1_SCE_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI9_5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_UP_TIM10_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM1_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C1_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C2_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT EXTI15_10_IRQHandler [WEAK]
EXPORT RTC_Alarm_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_FS_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_UP_TIM13_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM8_CC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA1_Stream7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FMC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SDIO_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT SPI3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT UART5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM6_DAC_IRQHandler [WEAK]
EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream2_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream3_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream4_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ETH_IRQHandler [WEAK]
EXPORT ETH_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_TX_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_RX0_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_RX1_IRQHandler [WEAK]
EXPORT CAN2_SCE_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_FS_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream5_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DMA2_Stream7_IRQHandler [WEAK]
EXPORT USART6_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C3_EV_IRQHandler [WEAK]
EXPORT I2C3_ER_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_WKUP_IRQHandler [WEAK]
EXPORT OTG_HS_IRQHandler [WEAK]
EXPORT DCMI_IRQHandler [WEAK]
EXPORT HASH_RNG_IRQHandler [WEAK]
EXPORT FPU_IRQHandler [WEAK]
WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMP_STAMP_IRQHandler
RTC_WKUP_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Stream0_IRQHandler
DMA1_Stream1_IRQHandler
DMA1_Stream2_IRQHandler
DMA1_Stream3_IRQHandler
DMA1_Stream4_IRQHandler
DMA1_Stream5_IRQHandler
DMA1_Stream6_IRQHandler
ADC_IRQHandler
CAN1_TX_IRQHandler
CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_TIM9_IRQHandler
TIM1_UP_TIM10_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_TIM11_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTC_Alarm_IRQHandler
OTG_FS_WKUP_IRQHandler
TIM8_BRK_TIM12_IRQHandler
TIM8_UP_TIM13_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_TIM14_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
DMA1_Stream7_IRQHandler
FMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_DAC_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Stream0_IRQHandler
DMA2_Stream1_IRQHandler
DMA2_Stream2_IRQHandler
DMA2_Stream3_IRQHandler
DMA2_Stream4_IRQHandler
ETH_IRQHandler
ETH_WKUP_IRQHandler
CAN2_TX_IRQHandler
CAN2_RX0_IRQHandler
CAN2_RX1_IRQHandler
CAN2_SCE_IRQHandler
OTG_FS_IRQHandler
DMA2_Stream5_IRQHandler
DMA2_Stream6_IRQHandler
DMA2_Stream7_IRQHandler
USART6_IRQHandler
I2C3_EV_IRQHandler
I2C3_ER_IRQHandler
OTG_HS_EP1_OUT_IRQHandler
OTG_HS_EP1_IN_IRQHandler
OTG_HS_WKUP_IRQHandler
OTG_HS_IRQHandler
DCMI_IRQHandler
HASH_RNG_IRQHandler
FPU_IRQHandler
B .
ENDP
ALIGN
;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
; 用户堆栈初始化
;*******************************************************************************
; ：IF…ELSE…ENDIF结构，判断是否使用DEF:__MICROLIB（此处为不使用）。
IF :DEF:__MICROLIB
EXPORT __initial_sp
EXPORT __heap_base
EXPORT __heap_limit ;若使用DEF:__MICROLIB，则将__initial_sp，__heap_base，__heap_limit亦即栈顶地址，堆始末地址赋予全局属性，使外部程序可以使用。
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory ;定义全局标号__use_two_region_memory。
EXPORT __user_initial_stackheap ;声明全局标号__user_initial_stackheap，这样外程序也可调用此标号。标号类似于函数名称或者函数指针
__user_initial_stackheap ;标号__user_initial_stackheap，表示用户堆栈初始化程序入口。该“函数在__main函数中调用”
LDR R0, = Heap_Mem
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)
LDR R3, = Stack_Mem ;分别保存栈顶指针和栈大小，堆始地址和堆大小至R0，R1，R2，R3寄存器。
BX LR
ALIGN
ENDIF
END
;************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE*****
启动文件中用到的汇编指令解析：
AREA指令：伪指令，用于定义代码段或数据段，后跟属性标号。
1. 标号“READONLY”表示该段为只读属性，联系到STM32的内部存储介质，可知具有只读属性的段保存于FLASH区，即0x8000000地址后。
2.标号“READONLY”表示该段为“可读写”属性，可知“可读写”段保存于SRAM区，即0x2000000地址后。，堆栈段位于SRAM空间 。
中断向量表存放位置就是利用 AREA RESET, DATA, READONLY来确定的位置，将代码下方所有入口地址放置在FLASH区， 而这也是整个代码中最先操作FLASH的代码，所以从起始0x8000000地址存放的是栈顶地址__initial_sp，0x8000004地址存放的是复位中断向量Reset_Handler，其余依次类推。
这就解释了一直疑惑的问题，也是IAP实现的关键。
DCD指令：作用是开辟一段空间，其意义等价于C语言中的地址符“&”。
建立的中断向量表使用BCD指令，类似于使用C语言定义了一个指针数组，其每一个成员都是一个函数指针，分别指向各个中断服务函数。
标号：前文多处使用了“标号”一词。标号主要用于表示一片内存空间的某个位置，等价于C语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的一个位置，从C语言的角度来看，变量的地址，数组的地址或是函数的入口地址在本质上并无区别。__main标号并不表示C程序中的main函数入口地址，__main标号表示C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序__main的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈（对于本程序来说则是跳转__user_initial_stackheap标号进行初始化堆栈的），并初始化映像文件，最后跳转C程序中的main函数。
这就解释了为何所有的C程序必须有一个main函数作为程序的起点——因为这是由C/C++标准实时库所规定的——并且不能更改，因为C/C++标准实时库并不对外界开发源代码。因此，实际上在用户可见的前提下，
程序在__main函数中跳转至.c文件中的main函数，开始执行C程序了。
总结
简单来说 在启动文件中进行了以下几种操作：
- 定义了堆栈地址、大小并在SRAM中进行分配，
- 将栈顶地址和中断向量表放置在FLASH起始位置，位于
0x8000000第一个字是栈顶地址，位于0x8000004第二个字是中断向量表起始地址，中断向量表中第一项是复位中断函数入口地址，系统复位后先进入复位中断函数执行，然后再执行__main函数 - 执行
SystemInit函数 - 跳转到c库中
__main函数执行，在__main函数中调用__user_initial_stackheap进行堆栈初始化（保存堆栈地址到寄存器中），最后跳转到用户编写的main函数中
这也就是STM32的启动流程。
这篇关于STM32F407汇编启动文件解析 (OTA 初始篇)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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