CortexM3的启动过程
cpu的基本动作是取指,译码,执行,从第一条指令开始执行,循环往复。可是
- 哪一条指令是第一条指令?
- 指令都是cpu从存储单元当中取得的,那么第一条指令放置在了哪里?
- 我们写的代码都烧写到了flash里面,代码从main函数开始运行,那么main函数的地址是不是第一条指令?
对于CortexM3来讲,他的启动过程是这样的
- 从
0x0000 0000
地址处取出MSP的初始值 - 从
0x0000 0004
地址处取得PC指针初始值,然后执行用户代码。 -
Vector Table
指的是中断向量表,Reset Handler
指的是复位向量。从图中我们看出Reset Handler
不过是0x0000 0004
地址的一个别名,他其中放置的便是CPU上电后要执行的第一条用户代码指令的地址。将这个值加载到PC指针上,cpu跳转执行用户代码。
直观上来讲,CPU应是从0地址去取第一条指令,而这条指令总是一个跳转指令,跳转到用户代码,但M3并不符合直觉。
stm32f103的启动过程
stm32f103
作为一个M3核心的单片机,他符合我们上边讲的规则。不过st做了一些扩展
-
Boot Space
是对一段内存空间的别名,根据不同的启动条件,映射到不同的存储设备上,但是访问地址一定是0x0000 0000 - 0x0005 FFFF
这个区间 - 当从SRAM启动时,
Boot Space
映射到SRAM上,即0x0000 0000
和0x2000 0000
两个地址是指的同一块空间 - 当从Flash启动时,
Boot Space
映射到Flash上 - 当从System Memory启动(即bootloader)时,
Boot Space
映射到st公司保留的System Memory上,这是一段ROM,烧写有st的bootloader代码
以上,假设单片机从flash启动,则
- 从
0x0000 0000 -> 0x08000 0000
地址处取出MSP的初始值 - 从
0x0000 0004 -> 0x08000 0004
地址处取出PC指针初始值,然后执行用户代码
其实现在我们便可以回答一开始提出的三个问题了。然而我们一直提到中断向量表,那么什么是中断向量表,为什么要有中断向量表呢?
中断向量
我们先来看一下什么是中断
- 主循环(main)的代码和中断代码都是CPU执行的
- 中断随时可能发生
- CPU在执行主循环指令序列时,如果产生了中断,CPU便会记录当前PC指针,装载中断入口地址,执行中断代码,中断代码执行结束后,手动调用返回指令,CPU便会加载上一次记录的地址(中断前),继续执行原指令序列
- 手动调用返回指令,在单片机C语言编码过程中,编译器已经帮我们做了,我们感觉不到
我们的主循环代码,中断代码都是烧写到了单片机的flash中的。
cpu跳转到中断处理函数,必然要先知道中断处理函数的入口地址。而我们不可能控制主函数的代码长度。这样的话,中断处理函数的入口地址是无法固化的。那么如何让CPU找到正确的中断入口函数呢?corteM3引入了中断向量的概念
-
interrupt vector table
即为中断向量表 - 我们重述一下启动过程
- 从
0x0000 0000
地址处取出MSP的初始值 - 从
0x0000 0004
地址处,即中断向量表中第一个元素,复位向量处取得PC指针初始值,然后执行用户代码 - 复位向量其实就是
0x0000 0004
地址单元,放的就是用户代码首地址
- 从
- 当中断发生时,CPU会根据中断号,去中断向量表中找对应的中断入口地址,然后执行中断代码,这样的话,这个表结构,记录了所有的中断入口地址。
__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
...
M3芯片的中断设置比上述文章中要复杂,文章的述说方式,为了方便理解省去了相当一部分内容。
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