一、概述
1、说明
每一款芯片的启动文件都值得去研究，因为它可是你的程序跑的最初一段路，不可以不知道。通过了解启动文件，我们可以体会到处理器的架构、指令集、中断向量安排等内容，是非常值得玩味的。
STM32作为一款高端Cortex-M3系列单片机，有必要了解它的启动文件。打好基础，为以后优化程序，写出高质量的代码最准备。
本文以一个实际测试代码--START_TEST为例进行阐述。
2、整体过程概括
STM整个启动过程是指从上电开始，一直到运行到main函数之间的这段过程，步骤为（以使用微库为例）：
①上电后硬件设置SP、PC
②设置系统时钟
③软件设置SP
④加载.data、.bss，并初始化栈区
⑤跳转到C文件的main函数
3、整个启动过程涉及的代码
启动过程涉及的文件不仅包含startup_stm32f10x_hd.s，还涉及到了MDK自带的连接库文件entry.o、entry2.o、entry5.o、entry7.o等（从生成的map文件可以看出来）。
二、程序在Flash上的存储结构
在真正讲解启动过程之前，先要讲解程序下载到Flash上的结构和程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构。程序在用户Flash上的结构如下图所示。下图是通过阅读hex文件和在MDK下调试综合提炼出来的。
MSP初始值 编译器生成，主堆栈的初始值
异常向量表 不多说
外部中断向量表 不多说
代码段 存放代码
初始化数据段 .data
未初始化数据段 .bss
加载数据段和初始化栈的参数
加载数据段和初始化栈的参数分别有4个，这里只讲解加载数据段的参数，至于初始化栈的参数类似。
0x0800 033c Flash上的数据段（初始化数据段和未初始化数据段）起始地址
0x2000 0000 加载到SRAM上的目的地址
0x0000 000c 数据段的总大小
0x0800 02f4 调用函数_scatterload_copy
需要说明的是初始化栈的函数--0x0800 0304与加载数据段的函数不一样，为_scatterload_zeroinit，它的目的就是将栈空间清零。
三、数据在SRAM上的结构
程序运行时（执行到main函数）时的SRAM数据结构
四、详细过程分析
有了以上的基础，现在详细分析启动过程。
1、上电后硬件设置SP、PC
刚上电复位后，硬件会自动根据向量表偏移地址找到向量表，向量表偏移地址的定义如下：
调试现象如下：
看看我们的向量表内容（通过J-Flash打开hex文件）
硬件这时自动从0x0800 0000位置处读取数据赋给栈指针SP，然后自动从0x0800 0004位置处读取数据赋给PC，完成复位，结果为：
SP = 0x0800 0810
PC = 0x0800 0145
2、设置系统时钟
上一步中令PC=0x0800 0145的地址没有对齐，硬件自动对齐到0x0800 0144，执行SystemInit函数初始化系统时钟。
3、软件设置SP
LDR R0,=__main BX R0执行上两条之类，跳转到__main程序段运行，注意不是main函数，___main的地址是0x0800 0130。
可以看到指令LDR.W sp,[pc,#12]，结果SP=0x2000 0810。
4、加载.data、.bss，并初始化栈区
BL.W __scatterload_rt2进入 __scatterload_rt2代码段。
__scatterload_rt2: 0x08000168 4C06 LDR r4,[pc,#24] ; @0x08000184 0x0800016A 4D07 LDR r5,[pc,#28] ; @0x08000188 0x0800016C E006 B 0x0800017C 0x0800016E 68E0 LDR r0,[r4,#0x0C] 0x08000170 F0400301 ORR r3,r0,#0x01 0x08000174 E8940007 LDM r4,{r0-r2} 0x08000178 4798 BLX r3 0x0800017A 3410 ADDS r4,r4,#0x10 0x0800017C 42AC CMP r4,r5 0x0800017E D3F6 BCC 0x0800016E 0x08000180 F7FFFFDA BL.W _main_init (0x08000138)这段代码是个循环（BCC 0x0800016e），实际运行时候循环了两次。第一次运行的时候，读取“加载数据段的函数（_scatterload_copy）”的地址并跳转到该函数处运行（注意加载已初始化数据段和未初始化数据段用的是同一个函数）；第二次运行的时候，读取“初始化栈的函数（_scatterload_zeroinit）”的地址并跳转到该函数处运行。 相应的代码如下：
0x0800016E 68E0 LDR r0,[r4,#0x0C] 0x08000170 F0400301 ORR r3,r0,#0x01 0x08000174 0x08000178 4798 BLX r3 当然执行这两个函数的时候，还需要传入参数。至于参数，我们在“加载数据段和初始化栈的参数”环节已经阐述过了。当这两个函数都执行完后，结果就是“数据在SRAM上的结构”所展示的图。最后，也把事实加载和初始化的两个函数代码奉上如下： __scatterload_copy: 0x080002F4 E002 B 0x080002FC 0x080002F6 C808 LDM r0!,{r3} 0x080002F8 1F12 SUBS r2,r2,#4 0x080002FA C108 STM r1!,{r3} 0x080002FC 2A00 CMP r2,#0x00 0x080002FE D1FA BNE 0x080002F6 0x08000300 4770 BX lr __scatterload_null: 0x08000302 4770 BX lr __scatterload_zeroinit: 0x08000304 2000 MOVS r0,#0x00 0x08000306 E001 B 0x0800030C 0x08000308 C101 STM r1!,{r0} 0x0800030A 1F12 SUBS r2,r2,#4 0x0800030C 2A00 CMP r2,#0x00 0x0800030E D1FB BNE 0x08000308 0x08000310 4770 BX lr5、跳转到C文件的main函数
_main_init: 0x08000138 4800 LDR r0,[pc,#0] ; @0x0800013C 0x0800013A 4700 BX r0五、异常向量与中断向量表
View Code这段代码就是定义异常向量表，在之前有一个“J-Flash打开hex文件”的图片跟这个表格是一一对应的。编译器根据我们定义的函数 Reset_Handler、NMI_Handler等，在连接程序阶段将这个向量表填入这些函数的地址。
startup_stm32f10x_hd.s内容： NMI_Handler PROC EXPORT NMI_Handler [WEAK] B . ENDP stm32f10x_it.c中内容： void NMI_Handler(void) { }在启动汇编文件中已经定义了函数NMI_Handler，但是使用了“弱”，它允许我们再重新定义一个NMI_Handler函数，程序在编译的时候会将汇编文件中的弱函数“覆盖掉”--两个函数的代码在连接后都存在，只是在中断向量表中的地址填入的是我们重新定义函数的地址。
六、使用微库与不使用微库的区别
使用微库就意味着我们不想使用MDK提供的库函数，而想用自己定义的库函数，比如说printf函数。那么这一点是怎样实现的呢？我们以printf函数为例进行说明。
1、不使用微库而使用系统库
在连接程序时，肯定会把系统中包含printf函数的库拿来调用参与连接，即代码段有系统库的参与。
在启动过程中，不使用微库而使用系统库在初始化栈的时候，还需要初始化堆（猜测系统库需要用到堆），而使用微库则是不需要的。
IF :DEF:__MICROLIB EXPORT __initial_sp EXPORT __heap_base EXPORT __heap_limit ELSE IMPORT __use_two_region_memory EXPORT __user_initial_stackheap __user_initial_stackheap LDR R0, = Heap_Mem LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) LDR R3, = Stack_Mem BX LR ALIGN ENDIF另外，在执行__main函数的过程中，不仅需要完成“使用微库”情况下的所有工作，额外的工作还需要进行库的初始化，才能使用系统库（这一部分我还没有深入探讨）。附上__main函数的内容：
View Code2、使用微库而不使用系统库
在程序连接时，不会把包含printf函数的库连接到终极目标文件中，而使用我们定义的库。
启动时需要完成的工作就是之前论述的步骤1、2、3、4、5，相比使用系统库，启动过程步骤更少。
======================代码分析=================================
;// <h> Stack Configuration ;// <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ;// </h> Stack_Size EQU 0x00000200 ;//定义堆栈大小 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;//定义一个数据段 按8字节对齐 Stack_Mem SPACE Stack_Size ;//保留Stack_Size大小的堆栈空间 __initial_sp ;//标号，代表堆栈顶部地址，后面有用 ;// <h> Heap Configuration ;// <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> ;// </h> Heap_Size EQU 0x00000020 ;//定义堆空间大小 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;//定义一个数据段，8字节对齐 __heap_base Heap_Mem SPACE Heap_Size ;//保留Heap_Size的堆空间 __heap_limit ;//标号，代表堆末尾地址，后面有用 PRESERVE8 ;//指示编译器8字节对齐 THUMB ;//指示编译器为THUMB指令 ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset AREA RESET, DATA, READONLY ;//定义只读数据段，其实放在CODE区，位于0地址 EXTERN NMIException EXTERN HardFaultException EXTERN MemManageException EXTERN BusFaultException EXTERN UsageFaultException EXTERN SVCHandler EXTERN DebugMonitor EXTERN PendSVC EXTERN SysTickHandler ;//声明这些符号在外部定义，同C ;//在××it.c中实现这些函数 ，中断就能自动调用了 EXPORT __Vectors __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack //Cotex-M 要求此处为堆栈顶部地址 DCD Reset_Handler ; Reset Handler DCD NMIException ; NMI Handler DCD HardFaultException ; Hard Fault Handler DCD MemManageException ; MPU Fault Handler DCD BusFaultException ; Bus Fault Handler DCD UsageFaultException ; Usage Fault Handler DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD 0 ; Reserved DCD SVCHandler ; SVCall Handler DCD DebugMonitor ; Debug Monitor Handler DCD 0 ; Reserved DCD PendSVC ; PendSV Handler DCD SysTickHandler ; SysTick Handler //一大堆的异常处理函数地址 ; External Interrupts EXTERN WWDG_IRQHandler EXTERN PVD_IRQHandler EXTERN TAMPER_IRQHandler EXTERN RTC_IRQHandler EXTERN FLASH_IRQHandler EXTERN RCC_IRQHandler EXTERN EXTI0_IRQHandler EXTERN EXTI1_IRQHandler EXTERN EXTI2_IRQHandler EXTERN EXTI3_IRQHandler EXTERN EXTI4_IRQHandler EXTERN DMAChannel1_IRQHandler EXTERN DMAChannel2_IRQHandler EXTERN DMAChannel3_IRQHandler EXTERN DMAChannel4_IRQHandler EXTERN DMAChannel5_IRQHandler EXTERN DMAChannel6_IRQHandler EXTERN DMAChannel7_IRQHandler EXTERN ADC_IRQHandler EXTERN USB_HP_CAN_TX_IRQHandler EXTERN USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler EXTERN CAN_RX1_IRQHandler EXTERN CAN_SCE_IRQHandler EXTERN EXTI9_5_IRQHandler EXTERN TIM1_BRK_IRQHandler EXTERN TIM1_UP_IRQHandler EXTERN TIM1_TRG_COM_IRQHandler EXTERN TIM1_CC_IRQHandler EXTERN TIM2_IRQHandler EXTERN TIM3_IRQHandler EXTERN TIM4_IRQHandler EXTERN I2C1_EV_IRQHandler EXTERN I2C1_ER_IRQHandler EXTERN I2C2_EV_IRQHandler EXTERN I2C2_ER_IRQHandler EXTERN SPI1_IRQHandler EXTERN SPI2_IRQHandler EXTERN USART1_IRQHandler EXTERN USART2_IRQHandler EXTERN USART3_IRQHandler EXTERN EXTI15_10_IRQHandler EXTERN RTCAlarm_IRQHandler EXTERN USBWakeUp_IRQHandler ;//同上， DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper DCD RTC_IRQHandler ; RTC DCD FLASH_IRQHandler ; Flash DCD RCC_IRQHandler ; RCC DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0 DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1 DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2 DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3 DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4 DCD DMAChannel1_IRQHandler ; DMA Channel 1 DCD DMAChannel2_IRQHandler ; DMA Channel 2 DCD DMAChannel3_IRQHandler ; DMA Channel 3 DCD DMAChannel4_IRQHandler ; DMA Channel 4 DCD DMAChannel5_IRQHandler ; DMA Channel 5 DCD DMAChannel6_IRQHandler ; DMA Channel 6 DCD DMAChannel7_IRQHandler ; DMA Channel 7 DCD ADC_IRQHandler ; ADC DCD USB_HP_CAN_TX_IRQHandler ; USB High Priority or CAN TX DCD USB_LP_CAN_RX0_IRQHandler ; USB Low Priority or CAN RX0 DCD CAN_RX1_IRQHandler ; CAN RX1 DCD CAN_SCE_IRQHandler ; CAN SCE DCD EXTI9_5_IRQHandler ; EXTI Line 9..5 DCD TIM1_BRK_IRQHandler ; TIM1 Break DCD TIM1_UP_IRQHandler ; TIM1 Update DCD TIM1_TRG_COM_IRQHandler ; TIM1 Trigger and Commutation 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 ; EXTI Line 15..10 DCD RTCAlarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI Line DCD USBWakeUp_IRQHandler ; USB Wakeup from suspend ;//同上 AREA |.text|, CODE, READONLY ;//定义代码段 ; Reset Handler Reset_Handler PROC ;//Rset_Handler的实现 EXPORT Reset_Handler [WEAK] ;//在外部没有定义该符号时导出该符号，见HELP中[WEAK] IMPORT __main ;//导入符号,__main为 运行时库提供的函数；完成堆栈，堆的初始话 LDR R0, =__main ;//等工作，会调用下面定义的__user_initial_stackheap； BX R0 ;//跳到__main，进入C的世界 ENDP ALIGN ; User Initial Stack & Heap IF :DEF:__MICROLIB ;//如果使用micro lib,micro lib 描述见armlib.chm EXPORT __initial_sp EXPORT __heap_base EXPORT __heap_limit ;//只导出几个定义 ELSE ;//如果使用默认C运行时库 IMPORT __use_two_region_memory EXPORT __user_initial_stackheap __user_initial_stackheap ;//则进行堆栈和堆的赋值，在__main函数执行过程中调用。 LDR R0, = Heap_Mem LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) LDR R3, = Stack_Mem BX LR ALIGN ENDIF END ;//OK ，完了
