STM32H7是怎样启动的

　　本章教程主要跟大家讲STM32H7的启动过程，这里的启动过程是指从CPU上电复位执行第1条指令开始（汇编文件）到进入C程序main（）函数入口之间的部分。启动过程相对来说还是比较重要的，理解了这个过程，对于以后分析程序还是有些帮助的，要不每次看到这个启动过程都会跳过，直接去看主程序了。还有就是以后打算学习RTOS的话，对于这个过程必须有个了解，因为移植的时候涉及到中断向量表。对初学者来说，看这个可能有些吃力，不过不要紧，随着自己做过一些简单的应用之后再来看这章，应该会有很多的帮助，由于我们的V7板子是基于STM32H7XXX，所以我们这里主要针对H7系列的启动过程做一下分析，对于F1，F4系列也是大致相同的。
　　13.1 初学者重要提示
　　相比F1，F4的启动方式，H7的启动方式更灵活些，只需一个boot引脚即可。但是一个引脚只能区分出两个状态，为了解决这个问题，H7专门配套了两个option bytes选项字节来解决此问题。
　　13.2 各个版本的启动文件介绍
　　这里各个版本的意思是指不同的编译器、不同的H7系列对应的启动文件。
　　13.2.1 不同编译器对应的启动文件
　　打开我们为本教程提供的工程文件，路径如下：
　　LibrariesCMSISDeviceSTSTM32H7xxSourceTemplates 在这个文件里面有ST官方为各个编译器提供的启动文件。
　　
　　看了上面的截图，大家会问怎么没有KEIL MDK呢？其实已经被放在了文件夹arm里面，KEIL公司已经在2005年被ARM公司收购了。开发板大部分例程都是配套了MDK和IAR两个版本，这里重点给大家分析一下MDK的启动文件分析，IAR和MDK的大同小异。
　　13.2.2 不同H7系列对应的启动文件
　　先来看一下ARM文件夹里面的文件（2018-07-03，当前只有如下两个系列，后期ST会增加新的型号，相应的启动文件也会添加进来）：
　　
　　如果是H743系列，就使用startup_stm32h743xx.s文件，如果是H753系列，就使用startup_stm32h753xx文件。当前H743和753系列对应的型号如下：
　　
　　我们再来打开IAR文件夹里面的文件：
　　
　　多了一个linker文件夹，用于IAR配置的ICF文件：
　　
　　而启动文件跟MDK里面的一样，一个是用H743系列，另一个是用于H753系列。
　　13.3 启动文件分析
　　鉴于V7开发板使用的是STM32H743XI，下面我们详细的分析一下启动文件startup_stm32h743xx.s。分析前，先掌握一个小技能，遇到不认识的指令或者关键词可以检索。
　　启动 MDK软件，在Help菜单点击 uVision Help
　　
　　点击后弹出如下文件
　　
　　在搜索栏输入你需要查询的单词进行查询，然后点击“列出主题”按钮，会将相关的知识点都罗列出来。此功能非常实用，建议熟练掌握。
　　下面先来看启动文件前面的介绍 （固件库版本：V1.2.0）
　　;******************** （C） COPYRIGHT 2017 STMicroelectronics ********************
　　;* File Name ： startup_stm32h743xx.s
　　;* @author MCD Application Team
　　;* version ： V1.2.0
　　;* Date ： 29-December-2017
　　;* Description ： STM32H7xx devices vector table for MDK-ARM toolchain.
　　;* This module performs：
　　;* - Set the initial SP
　　;* - Set the initial PC == Reset_Handler
　　;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address
　　;* - Branches to __main in the C library （which eventually
　　;* calls main（））。
　　;* After Reset the Cortex-M processor is in Thread mode，
　　;* priority is Privileged， and the Stack is set to Main.
　　;* 《《《 Use Configuration Wizard in Context Menu 》》》
　　;*******************************************************************************
　　;
　　; Licensed under MCD-ST Liberty SW License Agreement V2， （the “License”）;
　　; You may not use this file except in compliance with the License.
　　; You may obtain a copy of the License at：
　　;
　　; http://www.st.com/software_license_agreement_liberty_v2
　　;
　　; Unless required by applicable law or agreed to in writing， software
　　; distributed under the License is distributed on an “AS IS” BASIS，
　　; WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND， either express or implied.
　　; See the License for the specific language governing permissions and
　　; limitations under the License.
　　;
　　;*******************************************************************************
　　
　　启动文件主要完成如下工作，即程序执行过程：
　　- 设置堆栈指针SP = __initial_sp。
　　- 设置PC指针 = Reset_Handler。
　　- 设置中断向量表。
　　- 配置系统时钟。
　　- 配置外部SRAM/SDRAM用于程序变量等数据存储（这是可选的）。
　　- 跳转到C库中的 __main ，最终会调用用户程序的main（）函数。
　　Cortex-M内核处理器复位后，处于线程模式，指令权限是特权级别（最高级别），堆栈设置为使用主堆栈MSP。
　　13.3.1 复位序列
　　硬件复位之后，CPU 内的时序逻辑电路首先完成如下两个工作（程序代码下载到内部flash为例，flash首地址0x0800 0000）
　　将0x08000000位置存放的堆栈栈顶地址存放到SP中（MSP）。
　　将0x08000004 位置存放的向量地址装入 PC 程序计数器。
　　CPU 从 PC 寄存器指向的物理地址取出第 1 条指令开始执行程序，也就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。
　　
　　复位中断服务程序会调用SystemInit（）函数来配置系统时钟、配置FMC总线上的外部SRAM/SDRAM，然后跳转到C 库中__main 函数。由C库中的__main 函数完成用户程序的初始化工作（比如：变量赋初值等），最后由__main 函数调用用户写的 main（）函数开始执行 C 程序。
　　13.3.2 代码分析
　　第1部分代码分析
　　下面的代码实现开辟栈（stack）空间，用于局部变量、函数调用、函数的参数等。
　　1. ; Amount of memory （in bytes） allocated for Stack
　　2. ; Tailor this value to your application needs
　　3. ; 《h》 Stack Configuration
　　4. ; 《o》 Stack Size （in Bytes） 《0x0-0xFFFFFFFF:8》
　　5. ; 《/h》
　　6.
　　7. Stack_Size EQU 0x00000400
　　8.
　　9. AREA STACK， NOINIT， READWRITE， ALIGN=3
　　10. Stack_Mem SPACE Stack_Size
　　11. __initial_sp
　　第7行：EQU 是表示宏定义的伪指令，类似于 C 语言中的#define。伪指令的意思是指这个“指令”并不会生成二进制程序代码，也不会引起变量空间分配。
　　0x00000400 表示栈大小，注意这里是以字节为单位。
　　第9行：开辟一段数据空间可读可写，段名 STACK，按照 8 字节对齐。ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。ARER 后面的关键字表示这个段的属性。
　　STACK ：表示这个段的名字，可以任意命名。
　　NOINIT：表示此数据段不需要填入初始数据。
　　READWRITE：表示此段可读可写。
　　ALIGN=3 ：表示首地址按照 2 的 3 次方对齐，也就是按照 8 字节对齐（地址对8求余数等于0）。
　　第10行：SPACE 这行指令告诉汇编器给 STACK 段分配 0x00000400 字节的连续内存空间。
　　第11行： __initial_sp 紧接着 SPACE 语句放置，表示了栈顶地址。__initial_sp 只是一个标号，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。
　　第2部分代码分析
　　下面的代码实现开辟堆（heap）空间，主要用于动态内存分配，也就是说用 malloc，calloc， realloc等函数分配的变量空间是在堆上。
　　1. ; 《h》 Heap Configuration
　　2. ; 《o》 Heap Size （in Bytes） 《0x0-0xFFFFFFFF:8》
　　3. ; 《/h》
　　4.
　　5. Heap_Size EQU 0x00000200
　　6.
　　7. AREA HEAP， NOINIT， READWRITE， ALIGN=3
　　8. __heap_base
　　9. Heap_Mem SPACE Heap_Size
　　10. __heap_limit
　　这几行语句和上面第1部分代码类似。分配一片连续的内存空间给名字叫 HEAP 的段，也就是分配堆空间。堆的大小为 0x00000200。
　　__heap_base 表示堆的开始地址。
　　__heap_limit 表示堆的结束地址。
　　第3部分代码分析
　　1. PRESERVE8
　　2. THUMB
　　3.
　　4.
　　5. ; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
　　6. AREA RESET， DATA， READONLY
　　7. EXPORT __Vectors
　　8. EXPORT __Vectors_End
　　9. EXPORT __Vectors_Size
　　第1行：PRESERVE8 指定当前文件保持堆栈八字节对齐。
　　第2行：THUMB表示后面的指令是THUMB指令集 ，CM7采用的是THUMB - 2指令集。
　　第6行：AREA定义一块代码段，只读，段名字是 RESET。READONLY 表示只读，缺省就表示代码段了。
　　第7-9行：3 行EXPORT语句将 3 个标号申明为可被外部引用， 主要提供给链接器用于连接库文件或其他文件。
　　第4部分代码分析
　　1. __Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
　　2. DCD Reset_Handler ; Reset Handler
　　3. DCD NMI_Handler ; NMI Handler
　　4. DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
　　5.
　　6. 中间部分省略未写
　　7.
　　8. DCD 0 ; Reserved
　　9. DCD WAKEUP_PIN_IRQHandler ; Interrupt for all 6 wake-up pins
　　10.
　　11.
　　12. __Vectors_End
　　13.
　　14. __Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
　　上面的这段代码是建立中断向量表，中断向量表定位在代码段的最前面。具体的物理地址由链接器的配置参数（IROM1 的地址）决定。如果程序在 Flash 运行，则中断向量表的起始地址是 0x08000000。
　　以MDK为例，就是如下配置选项：
　　
　　DCD 表示分配 1 个 4 字节的空间。每行 DCD 都会生成一个 4 字节的二进制代码。中断向量表存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常（也即是中断事件）发生时，CPU 的中断系统会将相应的入口地址赋值给 PC 程序计数器，之后就开始执行中断服务程序。
　　第5部分代码分析
　　1. AREA |.text|， CODE， READONLY
　　2.
　　3. ; Reset handler
　　4. Reset_Handler PROC
　　5. EXPORT Reset_Handler ［WEAK］
　　6. IMPORT SystemInit
　　7. IMPORT __main
　　8.
　　9. LDR R0， =SystemInit
　　10. BLX R0
　　11. LDR R0， =__main
　　12. BX R0
　　13. ENDP
　　第1行：AREA 定义一块代码段，只读，段名字是 .text 。READONLY 表示只读。
　　第4行：利用 PROC、ENDP 这一对伪指令把程序段分为若干个过程，使程序的结构加清晰。
　　第5行：WEAK 声明其他的同名标号优先于该标号被引用，就是说如果外面声明了的话会调用外面的。 这个声明很重要，它让我们可以在C文件中任意地方放置中断服务程序，只要保证C函数的名字和向量表中的名字一致即可。
　　第6行：IMPORT：伪指令用于通知编译器要使用的标号在其他的源文件中定义。但要在当前源文件中引用，而且无论当前源文件是否引用该标号，该标号均会被加入到当前源文件的符号表中。
　　第9行：SystemInit 函数在文件system_stm32h7xx.c 里面，主要实现RCC相关寄存器复位和中断向量表位置设置。
　　第11行：__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（跳转__user_initial_stackheap 标号进行初始化堆栈的，下面会讲到这个标号），并初始化映像文件，最后跳转到 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，并且不能更改。
　　第6部分代码分析
　　代码如下：
　　1. ; Dummy Exception Handlers （infinite loops which can be modified）
　　2.
　　3. NMI_Handler PROC
　　4. EXPORT NMI_Handler ［WEAK］
　　5. B 。
　　6. ENDP
　　7. HardFault_Handler
　　8. PROC
　　9. EXPORT HardFault_Handler ［WEAK］
　　10. B 。
　　11. ENDP
　　12.
　　13. 中间部分省略未写
　　14. Default_Handler PROC
　　15.
　　16. EXPORT WWDG_IRQHandler ［WEAK］
　　17. EXPORT PVD_AVD_IRQHandler ［WEAK］
　　18. EXPORT TAMP_STAMP_IRQHandler ［WEAK］
　　19. 中间部分省略未写
　　20. SAI4_IRQHandler
　　21. WAKEUP_PIN_IRQHandler
　　22.
　　23. B 。
　　24.
　　25. ENDP
　　26.
　　27. ALIGN
　　第5行：死循环，用户可以在此实现自己的中断服务程序。不过很少在这里实现中断服务程序，一般多是在其它的C文件里面重新写一个同样名字的中断服务程序，因为这里是WEEK弱定义的。如果没有在其它文件中写中断服务器程序，且使能了此中断，进入到这里后，会让程序卡在这个地方。
　　第14行：缺省中断服务程序（开始）
　　第23行：死循环，如果用户使能中断服务程序，而没有在C文件里面写中断服务程序的话，都会进入到这里。比如在程序里面使能了串口1中断，而没有写中断服务程序USART1_IRQHandle，那么串口中断来了，会进入到这个死循环。
　　第25行：缺省中断服务程序（结束）。
　　第7部分代码分析
　　启动代码的最后一部分：
　　1. ;*******************************************************************************
　　2. ; User Stack and Heap initialization
　　3. ;*******************************************************************************
　　4. IF ：DEF：__MICROLIB
　　5.
　　6. EXPORT __initial_sp
　　7. EXPORT __heap_base
　　8. EXPORT __heap_limit
　　9.
　　10. ELSE
　　11.
　　12. IMPORT __use_two_region_memory
　　13. EXPORT __user_initial_stackheap
　　14.
　　15. __user_initial_stackheap
　　16.
　　17. LDR R0， = Heap_Mem
　　18. LDR R1， =（Stack_Mem + Stack_Size）
　　19. LDR R2， = （Heap_Mem + Heap_Size）
　　20. LDR R3， = Stack_Mem
　　21. BX LR
　　22.
　　23. ALIGN
　　24.
　　25. ENDIF
　　26.
　　27. END
　　第4行：简单的汇编语言实现IF…….ELSE…………语句。如果定义了MICROLIB，那么程序是不会执行ELSE分支的代码。__MICROLIB可能大家并不陌生，就在MDK的Target Option里面设置。
　　
　　第5行：__user_initial_stackheap将由__main函数进行调用。
　　MicroLib
　　MicroLib是MDK里面带的微库，针对嵌入式应用，MicroLIB做了深度优化，比使用C标准库所需的RAM和FLASH空间都大大减小比如调用：
　　《mat h.h》，《std lib.h》，《stdi o.h》，《stri ng.h》
　　另外注意microlib只有库，没有源文件。下图是标准库和微库生成代码的比较。
　　
　　13.4 BOOT启动模式
　　相比F1，F4的启动方式，H7的启动方式更灵活些，只需一个boot引脚即可。但是一个引脚只能区分出两个状态，为了解决这个问题，H7专门配套了两个option bytes选项字节配置，如此以来就可以方便设置各种存储器地址了。
　　
　　BOOT_ADD0和BOOT_ADD1对应32位地址到高16位，这点要特别注意。通过这两个选项字节，所有0x0000 0000到0x3FFF 0000的存储器地址都可以设置，包括：
　　所有Flash地址空间。
　　所有RAM地址空间，ITCM，DTCM和SRAM。
　　设置了选项字节后，掉电不会丢失，下次上电或者复位后，会根据BOOT引脚状态从BOOT_ADD0，或BOOT_ADD1所设置的地址进行启动。
　　使用BOOT功能，注意以下几个问题：
　　如果用户不慎，设置的地址范围不在有效的存储器地址，那么BOOT = 0时，会从Flash首地址0x0800 0000启动，BOOT = 1时，会从ITCM首地址0x0000 0000启动。
　　如果用户使能了Flash Level 2保护，那么只能从Flash地址空间进行启动。
　　F1，F4的启动方式
　　作为对比，这里补充F1，F4的启动方式，由BOOT0和BOOT1引脚共同决定。
　　
　　13.5 总结
　　本章节讲解的启动过程分析还是比较重要的，忘初学者务必掌握。