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简介
我们在做单片机编程的时候,大部分都是用KEIL自带的启动文件来使程序进入C语言main函数,然后进行C语言编程开发的工作。那么这个启动文件到底做了什么呢?相信朋友们肯定和我一样好奇,想弄明白启动文件到底都干了些什么。那么本文就来介绍下,本文介绍stm32启动文件汇编代码,对应文件名startup_stm32f10x_hd.s。其他Cortex-M3内核的单片机都是大同小异的。 其实启动文件存在的目的就是构建可以供C语言代码运行的工作环境,比如传递参数时需要的栈空间初始化,动态分配内存时的堆初始化,一些初始化为0的变量空间的初始化等等。如果这些没有配置好,无法达到C语言代码运行的工作环境,那么后面的C语言代码执行的结果就是不对的,也会导致总个系统无法工作。所以启动文件很重要,也正是因为我们觉得它重要,所以才想搞懂它。 startup_stm32f10x_hd.s启动文件中的汇编代码主要做了下面5个工作。 1.堆栈空间的定义; 2.初始化中断向量表; 3.复位中断函数(Reset_Handler){系统初始化,然后进入main函数}; 4.中断函数的弱(WEAK)声明 5.用户栈和堆初始化 再介绍这5个部分的详细代码前,这里已经先总结了启动文件中用到的汇编代码与编译器相关的指令,下面就先来介绍下这些指令。 启动文件汇编代码相关指令 启动文件代码主要由ARM指令代码和与编译器相关的汇编指令组成,下表罗列了启动文件中用到的相关汇编指令。 上面只是对指令做了简要的说明,后面代码用到时我们再一一讲解。我们也可以通过在代码中选中指令,按F1按键调出帮助说明,查看具体指令的相关介绍。 接下来我们就对代码做详细分析吧。 一、堆栈空间的定义 首先这里使用指令EQU定义了一个数值常量符号Stack_Size指明栈大小为0x00000400即1K,这个值可以根据实际需求更改。使用QEU定义常数,类似与C语言的#define定义常数。 然后这里又使用指令AREA定义了一个未初始化,可以读写并要求8字节边界对齐的段,段名,为STACK。这里可以为段选择任何段名。但是,以一个数字开始的名称必须包含在竖杠号内,否则会产生一个缺失段名错误。例如, |1_DataArea|。有些名称是习惯性的名称。例如,|.text| 用于表示由 C 编译程序产生的代码段,或用于以某种方式与 C 库关联的代码段。这里的NOINIT表示数据段是未初始化的或初始化为零。其只包含零初始化的空间保留命令 SPACE 或 DCB, DCD, DCDU, DCQ, DCQU, DCW 或 DCWU 。可以决定在链接时 AREA 是未初始化的,还是零初始化的,后面一条指令是SPACE,所以这里要初始化为0,READWRITE指明段可以读写,ALIGN=3指明段要在2^3=8字节边界上对齐。 再然后使用SPACE定义了一个初始化为0的存储块Stack_Mem,可以理解为存储块是别归别到段里的。标号__initial_sp紧挨着SPACE语句放置,表示栈的结束地址,即栈顶地址,栈是由高向低生长的。 同样的堆也是这样定义的,只是这里先是指明了堆开始__heap_base(堆起始地址),再指明堆存储块,最后指明__heap_limit(堆终止地址)。堆是由低向高生长的,跟栈的生长方向相反。堆主要用来动态内存的分配,像malloc()函数申请的内存就在堆上面。这里堆默认大小为0x00000200即512字节,一般的程序中我们很少用到malloc函数,所以这里也就不做过多更改,如果要使用malloc函数,需要将此处堆大小定义的值根据需求改大。 后面的PRESERVE8,指明当前文件的堆栈按照8字节对齐。 二、初始化中断向量表 THUMB指示汇编器将随后的指令解释为16位的Thumb指令。Cortex-M3使用的是Thumb-2指令集,是一种介于Thumb指令集和ARM指令集。ARM指令集全部是32位的,Thumb指令集全部是16位的,Thumb-2指令集是即有部分16位Thumb指令的也有部分32位的ARM指令。 后面定义一个只读数据段RESET,用于保存中断向量表,和三个标号__Vectors(向量表开始)、__Vectors_End(向量表结束)和__Vectors_Size(向量表大小)并使用EXPORT指明其具有全局性。这样可以使在其他文件中访问此文件中的这三标号。 DCD 命令分配一个或多个字的存储器,在四个字节的边界上对齐,并定义存储器的运行时初值。 __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack 这里就指示了段的开始为向量表的开始,标号__Vectors(向量表开始)编译器会根据不同单片机为其指定值,比如stm32单片机就是0x08000000,然后我们定义的RESET段就被分在了0x08000000开始的地址处,其结束位置就是从0x08000000开始依次加4个字节,因为这里每个DCD命令占存储器4个字节,这样一直到__Vectors_End(向量表结束),__Vectors_Size(向量表大小)就是这个RESET段所占大小。比如复位的时候,复位中断来了,就从这个段的第二个存储地址0x08000004处对应的值0x08000144作为复位函数Reset_Handler的地址。 三、复位中断函数 这里先使用AREA定义了一个只读代码段。这里的标号Reset_Handler就代表了复位函数的入口地址(函数名),使用PROC标记函数入口,使用ENDP标记函数结束。 EXPORT Reset_Handler [WEAK] 这里EXPORT声明Reset_Handler是一个全局性的。WEAK表示其他地方没有定义Reset_Handler函数时,就将此处作为Reset_Handler函数的实例。IMPORT用于指示如果在当前汇编代码中未找到其引用,则不导入该名称,很显然,下面有用到__main和SystemInit。 从上那些代码我就就知道,程序上电后,从0x08000000地址处加载SP,上电复位从0x08000004处加载PC,0x08000004处的地址就是复位函数的地址,然后复位函数里面先调用SystemInit函数来初始化系统的各种时钟,再调用__main函数(由编译器实现)。 复位函数中用到的Thumb-2指令介绍如下: LDR从存储器中加载字到一个寄存器中 BL跳转到由寄存器/标号给出的地址,并把跳转前的下条指令地址保存到LR BLX跳转到由寄存器给出的地址,并根据寄存器的LSE确定处理器的状态,还要把跳转前的下条指令地址保存到LR BX跳转到由寄存器/标号给出的地址,不用返回 四、中断函数的弱(WEAK)声明 这里定义了各种中断函数,使用PROC表示函数开始,ENDP表示函数结束,EXPORT说明函数的全局性,WEAK说明如果其他地方没有定义这个函数,那么就把此处作为函数的实例。这里函数的代码都是B . 。这里的B表示跳转到一个标号,这里跳转到一个'.',即表示无限循环,所以我们在写C语言程序时如果没有写中断函数,那么对应的中断来了会运行这里到中断函数,即B .那么将无限循环在此。 ALIGN命令通过用零或空指令NOP填充,来使当前位置与一个指定的边界对齐。使用ALIGN来确保数据和代码对齐到适当的边界上。这里使用了默认为字对齐方式。 五、用户栈和堆初始化 栈和堆初始化部分,这里IF、ELSE、ENDIF是条件编译。 先判断是否定义了__MICROLIB ,如果定义了则赋予标号__initial_sp(栈顶地址)、__heap_base(堆起始地址)、__heap_limit(堆结束地址)全局属性,可供外部文件调用,这样我们使用到molloc函数申请的空间就是从这里有关堆的两个标号之间的内存中申请的。如果没有定义(实际的默认情况就是我们没定义__MICROLIB)则通过 IMPORT __use_two_region_memory 表明使用双段模式,即一部分储存区用于栈空间,其他的存储区用于堆空间,堆区空间可以为0,但是,这样就不能调用malloc()内存分配函数。然后使用__user_initial_stackheap标号处的代码用于初始化用户堆栈,这部分由编译器提供的__main来调用。 END 命令指示汇编器,已到达一个源文件的末尾。 关于STM32单片机的Keil启动文件汇编代码就讲解完了 |
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