STM32F0单片机快速入门三 MCU启动过程

只看该作者 · 2021-1-25 22:21

1.MCU 代码如何启动

首先我们需要澄清一个问题，什么是 Startup Code，什么是 Bootloader？因为总看到有同学混用这两个概念。

只看该作者 · 2021-1-25 22:23

Bootloader 可以译为引导程序。早期的单片机是没有 Bootloader 这种概念的。如大家熟悉的 MCS51，最初芯片内是不能存储代码的，需要外挂EPROM，就是下面这种带个小玻璃窗的存储器。擦除 EPROM 中的代码需要用紫外线照射几分钟才行。

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只看该作者 · 2021-1-25 22:24

后来出现了 Flash 这种可电擦写的存储器，并集成在了单片机内部。但出厂的时候单片机的程序存储区仍然是空白的，没有任何代码。用户编译程序后，下载到单片机后才能运行。那么在产品发给用户后，如果发现有Bug怎么办呢？就得用编程器把新代码重新下载一次。这实在是有点儿麻烦，特别是如果客户距离很远的话。于是有聪明的程序猿想了一个办法，写一小段特殊的代码放在程序里，这段代码可以通过一定方式，比如用按键触发进入运行，它可以通过串口(早期的 PC 串口是标配)接收新的代码并写入Flash，从而在没有硬件编程器的情况下也能完成代码的更新。

只看该作者 · 2021-1-25 22:25

程序猿们也是现代历史前进的重要推动力啊！

只看该作者 · 2021-1-25 22:34

后来，有芯片厂商把这种代码在出厂时就固化在芯片里，极大的方便了代码下载和程序更新。STM32F030内部就固化了Bootloader。当我们把一个引脚 BOOT0 拉高的同时，重新给芯片上电或复位，就会触发Boootloader进入运行。此时我们通过单片机的串口就可以把新程序发送给单片机，发送完后把 BOOT0 拉低，再复位单片机，新程序就会运行起来。

只看该作者 · 2021-1-25 22:36

Startup Code 可以译为启动代码。单片机上电或复位后最先执行的一段代码。一般主要会完成堆栈指针的设置，复位向量的获取和加载，然后初始化变量，最后跳转到用户代码。在详细看启动代码之前，我们先看一下 STM32F030 的内存映射。

只看该作者 · 2021-1-25 22:37

2.STM32F030内存映射(Memory Map)
下面是 STM32F030 的内存映射，其它芯片会因为 Flash，SRAM 空间大小不同而略有不同。

只看该作者 · 2021-1-25 22:38

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因为是32位机，所以可寻址从 0x0000_0000 到 0xFFFF_FFFF 的总共 4G 空间。

只看该作者 · 2021-1-25 22:48

这是采用32位机的好处，地址空间足够用。不像8位或16位机，很容易出现地址空间不够用，动不动就需要用 Page 来间接寻址。

只看该作者 · 2021-1-25 22:51

我们从低地址到高地址逐段看一下：

0x0000 0000 Virtual memory

这段地址空间,会因为不同的 BOOT 模式而映射到不同的物理内存。

只看该作者 · 2021-1-25 22:52

当芯片复位，或从 Standby 低功耗模式唤醒时：

如果引脚 BOOT0 是被拉低的，将映射到 Flash memory。这是最常用的代码运行模式；

如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 1 ，将映射到 System memory。进入bootloader模式；

如果引脚 BOOT0 是被拉高的，且nBOOT1为 0 ，将映射到 SRAM。

注：nBOOT1 为Flash寄存器中的一位，用户何以设置。

只看该作者 · 2021-1-25 22:56

0x0800 0000 Flash memory

存放用户代码

只看该作者 · 2021-1-25 22:57

0x1FFF EC00 System memory

存放 bootloader, 片内集成温度传感器的校正数据，和片内集成电压参考的校正数据

这些代码和数据是在工厂固化好的。

只看该作者 · 2021-1-25 22:57

0x2000 0000 SRAM

存放用户变量，堆(Heap)和栈(Stack)。也可以把代码加载到 SRAM 运行。

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0x4000 0000 Pheriperals

芯片集成的外设，如 USART, SPI, GPIO等的寄存器地址在这一区域。

只看该作者 · 2021-1-25 22:59

0xE000 0000 Cortex-M0 internal pheriperals

M0内核的外设映射到此区域。如 systick (System Tick)，NVIC，Debug Registers。这些寄存器在芯片手册里是查不到的，需要到 ARM 的手册里查找。