Cortex-M3 .s启动文件分析

1. 基本概念(CMSIS): Cortex Micro-controller Software Interface Standard，微控制器软件接口标准。

2. CMSIS标准的文件结构：

a) core_cm.c （stdint.h）

b) system_.c （core_cm, system_）

c) startup_.s

其中core_cm.c以及core_cm中为内核外设访问层，其中定义了内核中的外设以及一些内核的访问及控制函数。

startup_.s文件是系统的启动文件，其包括堆和栈的初始化配置、中断向量表的配置以及将程序引导到main()函数等功能。

system_和system_.c文件则是由ARM公司提供模版，各芯片制造商根据自己芯片的特点来编写的。

3. 注解startup_.s文件

此文件主要完成三项工作：堆栈以及堆的初始化、定位中断向量表、调用Reset Handler

a) 堆栈以及堆的初始化

; Stack Configuration
;   Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
;
Stack_Size         EQU      0x00000200
                   AREA     STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
                            ;指明8字节对齐（ALIGN=3）

Stack_Mem          SPACE    Stack_Size
__initial_sp                ;此标号有一层隐含的意思那,就是在M3中堆栈是满递减堆栈，
                            ;因为它指定了堆栈指针位于堆栈的高地址（在//Stack_Mem之后）

; Heap Configuration
;    Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
;

Heap_Size       EQU      0x00000000
                AREA     HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=
__heap_base
Heap_Mem        SPACE    Heap_Size
__heap_limit

以上堆和栈的具体地址可以在工程编译后产生的*.map文件中看到。

b) 定位中断向量表

                PRESERVE8   ;PRESERVE8指定了以下的代码位8字节对齐
                THUMB        ;THUMB指定了接下来的代码为THUMB指令集

; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY        ;此语句声明RESET数据段
                EXPORT  __Vectors                    ;导出向量表标号，EXPORT作用类似于C语言中的extern
__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                               ; Reserved
                DCD                               ; Reserved
                DCD                               ; Reserved
                DCD                               ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD                               ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler
                ; External Interrupts
                DCD     WDT_IRQHandler             ; 16: Watchdog Timer
                DCD     TIMER0_IRQHandler          ; 17: Timer0
                DCD     TIMER1_IRQHandler          ; 18: Timer1
                DCD     TIMER2_IRQHandler          ; 19: Timer2
                DCD     TIMER3_IRQHandler          ; 20: Timer3
                DCD     UART0_IRQHandler           ; 21: UART0
 ;（……省略）

c) 调用Reset Handler

; Reset Handler

Reset_Handler
PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  SystemInit
                IMPORT  __main
                LDR     R0, =SystemInit
                BLX     R0
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

注释：引导程序进入__main(此__main是C_Library中的函数，非main())

 

d) 堆栈以及堆的初始化行为

; User Initial Stack & Heap
                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

e) ARM m3 C是怎么调用startup.s文件的?

　　startup.s大部分内容不是被C调用的，而是在C程序之前运行的。m3上电之后会先从0地址处读取MSP，然后从0x4地址处读取复位向量，接着跳转到复位异常服务程序Reset_Handler（这些是m3内核自动做的，不需要编程）。如果你用MDK的话，在工程设置Debug下的run to main()上的勾去掉，然后进入调试，你会发现你运行的第一句就是Reset_Handler的第一句。

　　Reset_Handler就是在startup.s中定义的，它一般会对系统初始化，然后进入main函数。

　　向量表也是在startup.s中定义的，至于为什么程序编译之后向量表一定在0地址处，是因为向量表的前面会有类似AREA    RESET, CODE, READONLY的声明。在MDK生成的分散加载文件中，RESET被设置在flash的0地址处，这样就规定了向量表的地址。