GD32/STM32启动过程

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前言

本文以STM32F407为例简单介绍其启动过程。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、系统架构

STM32F407的系统架构如图所示：

I-Code总线（指令总线）：内核通过此总线获取指令。此总线访问的对象是包含代码的存储器（内部 Flash/SRAM 或通过 FSMC 的外部存储器）。
D-Code总线（数据总线）：内核通过此总线进行立即数加载和调试访问。此总线访问的对象是包含代码或数据的存储器（内部Flash 或通过 FSMC 的外部存储器）。
S-Code总线（系统总线）：此总线用于访问位于外设或 SRAM 中的数据。也可通过此总线获取指令（效率低于 ICode）。此总线访问的对象是112 KB、 64 KB 和 16 KB 的内部 SRAM、包括 APB 外设在内的 AHB1 外设、 AHB2 外设以及通过 FSMC 的外部存储器。

代码区(code area):从0x00000000开始，通过指令总线(ICode Bus)和数据总线(DCode Bus)对Flash中代码进行访问。
数据区(SRAM):从0x20000000开始，通过系统总线(System Bus)进行访问。

二、自举配置

所谓的自举模式（Boot Mode）：就是根据BOOT0和BOOT1两个引脚的电平决定STM32从哪里启动程序。

存储器采用固定的存储器映射，代码区域起始地址为 0x0000 0000（通过 ICode/DCode 总线访问），而数据区域起始地址为 0x2000 0000（通过系统总线访问）。 Cortex™-M4FCPU 始终通过 ICode 总线获取复位向量，这意味着只有代码区域（通常为 Flash）可以提供自举空间。 三种不同的自举模式BOOT0和BOOT1配置情况，如表 3 所示

自举过程：复位后在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT 引脚的值。复位后，用户可以通过设置BOOT1 和 BOOT0 引脚来选择需要的自举模式。
1）采用主Flash启动时，启动延迟结束CPU 将从地址 0x0000 0000 获取栈顶值，然后从始于 0x0000 0004 的自举存储器开始执行代码，而且Flash区被映射到0x08000000区，所以我们看到的是从0x0800 0000开始运行的。
2）如果器件从 SRAM 自举，在应用程序初始化代码中，需要使用 NVIC 异常及中断向量表和偏移寄存器来重新分配 SRAM 中的向量表。
3）如果从系统存储器启动程序，是通过内部的只读存储器（ROM），其中存放了一个串行引导加载器（serial bootloader），它可以通过串口、USB或者CAN等接口来接收外部的程序，并将其写入主闪存或者外部的存储器设备。

注意：BOOT0 为专用引脚，而 BOOT1 则与 GPIO 引脚共用。一旦完成对 BOOT1 的采样，相应GPIO 引脚即进入空闲状态，可用于其它用途。器件退出待机模式时，还会对 BOOT 引脚重新采样。因此，当器件处于待机模式时，这些引脚必须保持所需的自举模式配置。

排查该类问题可通过复位观察复位地址是在哪个区，在参考BOOT定义，判断是否是BOOT电平给错了或者代码加载区域错了

三、启动文件

启动文件startup_stm32f40xx.s中Reset复位代码如下：

来看一看复位后又干什么：
系统复位后，处理器首先读取向量表中的前两个字（8 个字节），第一个字存入 MSP，第二个字为复位向量，也就是程序执行的起始地址。

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，完成了复位操作，
SP= 0x2000 1B10，PC = 0x0800 01A5。初始化SP、PC紧接着就初始化向量表，
当然这个值和映射后的地址0x08000000中的值也是一样的，如果是其他自举模式，复位后的地址里的值是不一样的，可以去排查0x20000000地址处的值看一下。当从flash中启动时SP在地址0x08000000中存储,PC的值在地址0x08000004中存储。但仍可以在原地址中被访问。这也就是所谓的映射。

再说说PC取出来的值0x080001A4和内存中存储的值0x080001A5为什么不一样？，末尾的1变成了0这个是由于内存对齐造成的，因为cortex-m3核PC的LSB一定读回0，因此指令至少是半字对齐的（《cortex-m3编程手册》）。LDR R0, =SystemInit 将函数SystemInit的入口地址传给R0，从反汇编窗口可以看到指令被写成LDR r0, [pc,#36]，表明SystemInit的入口地址在存放在PC指针偏移36处，即: 0x08000022C（+0x4）+0x24=0x08000254（因为CM3内部使用了指令流水线，读PC时返回的值是当前指令的地址+4《Cortex™-M3权威指南》）下一条指令在0x0800022E处。

四、启动流程

在没有Boot loader时候整个MCU从复位开始启动如图

个人总结的MCU下电后整个启动流程如图所示：

总结

关于STM32的启动过程还是比较重要的，总结归纳为以下：
硬件启动：
①BOOT0和BOOT1两个引脚的电平决定STM32从哪里启动程序
②从零地址处开始加载程序
软件：
③初始化MSP主堆栈栈顶地址和PC指针
④初始化中断向量表
⑤运行systemInit初始化时钟…
⑥调用C库函数_main初始化用户堆栈，从而最终调用main函数