小华半导体芯片启动文件详细讲解

只看该作者 · 2023-6-25 19:32

本文的源码文件名为：startup_hcf460.S，是一个纯汇编文件。

首先要掌握一些基础的汇编语法，主要用到的列表标出（参考stm32相关资料）：

因为和stm32不同，华大芯片的sram3区域有点特殊，参考华大芯片用户手册。

启动文件中使用STR指令，STR指令的格式为：

STR{条件} 源寄存器，<存储器地址>

STR指令用亍从源寄存器中将一个32位的字数据传送到存储器中。该指令在程序设计中比较常

用，丏寻址方式灵活多样，使用方式可参考指令LDR。

指令示例：

STR R0，[R1]，＃8 ；将R0中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1＋8写入R1。

STR R0，[R1，＃8] ；将R0中的字数据写入以R1＋8为地址的存储器中。”

str r1, [r0] ；将r1寄存器的值，传送到地址值为r0的（存储器）内存中

注意分号；在汇编里面是注释的标识，类似C++ 的//。

只看该作者 · 2023-6-25 19:32

栈区域

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Stack_Size      EQU     0x00000400

 

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

Stack_Mem       SPACE   Stack_Size

__initial_sp

只看该作者 · 2023-6-25 19:33

开辟栈的大小为0x00000400（1k B），名字为STACK，NOINIT即不初始化，可读可写，8（23）字节对齐。栈是用于局部变量、函数调用、函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM的大小。如果编写的程序比较大，定义的局部变量很多，那么就需要修改栈的大小。如果某一天，你写的程序出现了莫名奇怪的错误，并进入了硬fault，这时就要考虑下是不是栈不够大，溢出了。EQU：宏定义的伪指令，相当于等于，类似于C中的define。

AREA：告诉汇编器汇编一个新的代码段或者数据段。

STACK表示段名，这个可以任意命名；NOINIT表示不初始化；READWRITE表示可读可写，ALIGN=3，表示按照2^3对齐，即8字节对齐。

SPACE：用于分配一定大小的内存空间，单位为字节。这里指定大小等于Stack_Size。标号__initial_sp紧挨着SPACE语句放置，表示栈的结束地址，即栈顶地址（栈是由高向低生长的）。

只看该作者 · 2023-6-25 19:33

堆区域

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Heap_Size       EQU     0x00000200

 

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

__heap_base

Heap_Mem        SPACE   Heap_Size

__heap_limit

只看该作者 · 2023-6-25 19:33

开辟堆的大小为0x00000200（512字节），名字为HEAP，NOINIT即不初始化，可读可写，8（2^3）字节对齐。__heap_base表示堆的起始地址，__heap_limit表示堆的结束地址（堆是由低向高生长的，与栈的生长方向相反）。堆主要用于动态内存的分配，像malloc()函数申请的内存就在堆上面。

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                PRESERVE8

                THUMB

PRESERVE8：指定当前文件的堆栈按照8字节对齐。

THUMB：表示后面指令兼容THUMB指令。

THUBM是ARM以前的指令集，16位。现在Cortex-M系列都使用THUMB-2指令集，THUMB-2是32位的，兼容16位和32位的指令，是THUMB的超集。

只看该作者 · 2023-6-25 19:34

向量表

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                AREA    RESET, DATA, READONLY

                EXPORT  __Vectors

                EXPORT  __Vectors_End

                EXPORT  __Vectors_Size

只看该作者 · 2023-6-25 19:34

定义一个数据段，名字为RESET，可读，并声明__Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size这3个标号具有全局属性，可供外部的文件调用。

EXPORT：声明一个标号可被外部的文件使用，使标号具有全局属性。如果是IAR编译器，则使用GLOBAL这个指令。当内核响应了一个发生的异常后，对应的异常服务例程（ESR）就会执行。为了决定ESR的入口地址，内核使用了“向量表查表机制”。这里使用一张向量表，见下表。向量表其实是一个WORD（32位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该ESR的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过NVIC中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为0。因此，在地址0（即Flash地址0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。要注意的是，这里有个另类：0号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后MSP的初值。

只看该作者 · 2023-6-25 19:34

中断向量表可以参考用户手册，注意的是，官网上面已经更新了driver库，用户手册也更新了。

只看该作者 · 2023-6-25 19:35

向量表的代码比较长，占据了启动代码的大部分篇幅。

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__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     0                         ; Reserved

                DCD     0                         ; Reserved

                DCD     0                         ; Reserved

                DCD     0                         ; Reserved

                DCD     SVC_Handler               ; SVCall Handler

                DCD     DebugMon_Handler          ; Debug Monitor Handler

                DCD     0                         ; Reserved

                DCD     PendSV_Handler            ; PendSV Handler

                DCD     SysTick_Handler           ; SysTick Handler

 

                ; Peripheral Interrupts

                DCD     IRQ000_Handler        ; IRQ000_Handler

                DCD     IRQ001_Handler        ; IRQ001_Handler

                DCD     IRQ002_Handler        ; IRQ002_Handler

                DCD     IRQ003_Handler        ; IRQ003_Handler

                DCD     IRQ004_Handler        ; IRQ004_Handler

                DCD     IRQ005_Handler        ; IRQ005_Handler

                DCD     IRQ006_Handler        ; IRQ006_Handler

                DCD     IRQ007_Handler        ; IRQ007_Handler

                DCD     IRQ008_Handler        ; IRQ008_Handler

                DCD     IRQ009_Handler        ; IRQ009_Handler

                DCD     IRQ010_Handler        ; IRQ010_Handler

                DCD     IRQ011_Handler        ; IRQ011_Handler

                DCD     IRQ012_Handler        ; IRQ012_Handler

                DCD     IRQ013_Handler        ; IRQ013_Handler

                DCD     IRQ014_Handler        ; IRQ014_Handler

                DCD     IRQ015_Handler        ; IRQ015_Handler

                DCD     IRQ016_Handler        ; IRQ016_Handler

                DCD     IRQ017_Handler        ; IRQ017_Handler

                DCD     IRQ018_Handler        ; IRQ018_Handler

                DCD     IRQ019_Handler        ; IRQ019_Handler

                DCD     IRQ020_Handler        ; IRQ020_Handler

                DCD     IRQ021_Handler        ; IRQ021_Handler

                DCD     IRQ022_Handler        ; IRQ022_Handler

                DCD     IRQ023_Handler        ; IRQ023_Handler

                DCD     IRQ024_Handler        ; IRQ024_Handler

                DCD     IRQ025_Handler        ; IRQ025_Handler

                DCD     IRQ026_Handler        ; IRQ026_Handler

                DCD     IRQ027_Handler        ; IRQ027_Handler

                DCD     IRQ028_Handler        ; IRQ028_Handler

                DCD     IRQ029_Handler        ; IRQ029_Handler

                DCD     IRQ030_Handler        ; IRQ030_Handler

                DCD     IRQ031_Handler        ; IRQ031_Handler

                DCD     IRQ032_Handler        ; IRQ032_Handler

                DCD     IRQ033_Handler        ; IRQ033_Handler

                DCD     IRQ034_Handler        ; IRQ034_Handler

                DCD     IRQ035_Handler        ; IRQ035_Handler

                DCD     IRQ036_Handler        ; IRQ036_Handler

                DCD     IRQ037_Handler        ; IRQ037_Handler

                DCD     IRQ038_Handler        ; IRQ038_Handler

                DCD     IRQ039_Handler        ; IRQ039_Handler

                DCD     IRQ040_Handler        ; IRQ040_Handler

                DCD     IRQ041_Handler        ; IRQ041_Handler

                DCD     IRQ042_Handler        ; IRQ042_Handler

                DCD     IRQ043_Handler        ; IRQ043_Handler

                DCD     IRQ044_Handler        ; IRQ044_Handler

                DCD     IRQ045_Handler        ; IRQ045_Handler

                DCD     IRQ046_Handler        ; IRQ046_Handler

                DCD     IRQ047_Handler        ; IRQ047_Handler

                DCD     IRQ048_Handler        ; IRQ048_Handler

                DCD     IRQ049_Handler        ; IRQ049_Handler

                DCD     IRQ050_Handler        ; IRQ050_Handler

                DCD     IRQ051_Handler        ; IRQ051_Handler

                DCD     IRQ052_Handler        ; IRQ052_Handler

                DCD     IRQ053_Handler        ; IRQ053_Handler

                DCD     IRQ054_Handler        ; IRQ054_Handler

                DCD     IRQ055_Handler        ; IRQ055_Handler

                DCD     IRQ056_Handler        ; IRQ056_Handler

                DCD     IRQ057_Handler        ; IRQ057_Handler

                DCD     IRQ058_Handler        ; IRQ058_Handler

                DCD     IRQ059_Handler        ; IRQ059_Handler

                DCD     IRQ060_Handler        ; IRQ060_Handler

                DCD     IRQ061_Handler        ; IRQ061_Handler

                DCD     IRQ062_Handler        ; IRQ062_Handler

                DCD     IRQ063_Handler        ; IRQ063_Handler

                DCD     IRQ064_Handler        ; IRQ064_Handler

                DCD     IRQ065_Handler        ; IRQ065_Handler

                DCD     IRQ066_Handler        ; IRQ066_Handler

                DCD     IRQ067_Handler        ; IRQ067_Handler

                DCD     IRQ068_Handler        ; IRQ068_Handler

                DCD     IRQ069_Handler        ; IRQ069_Handler

                DCD     IRQ070_Handler        ; IRQ070_Handler

                DCD     IRQ071_Handler        ; IRQ071_Handler

                DCD     IRQ072_Handler        ; IRQ072_Handler

                DCD     IRQ073_Handler        ; IRQ073_Handler

                DCD     IRQ074_Handler        ; IRQ074_Handler

                DCD     IRQ075_Handler        ; IRQ075_Handler

                DCD     IRQ076_Handler        ; IRQ076_Handler

                DCD     IRQ077_Handler        ; IRQ077_Handler

                DCD     IRQ078_Handler        ; IRQ078_Handler

                DCD     IRQ079_Handler        ; IRQ079_Handler

                DCD     IRQ080_Handler        ; IRQ080_Handler

                DCD     IRQ081_Handler        ; IRQ081_Handler

                DCD     IRQ082_Handler        ; IRQ082_Handler

                DCD     IRQ083_Handler        ; IRQ083_Handler

                DCD     IRQ084_Handler        ; IRQ084_Handler

                DCD     IRQ085_Handler        ; IRQ085_Handler

                DCD     IRQ086_Handler        ; IRQ086_Handler

                DCD     IRQ087_Handler        ; IRQ087_Handler

                DCD     IRQ088_Handler        ; IRQ088_Handler

                DCD     IRQ089_Handler        ; IRQ089_Handler

                DCD     IRQ090_Handler        ; IRQ090_Handler

                DCD     IRQ091_Handler        ; IRQ091_Handler

                DCD     IRQ092_Handler        ; IRQ092_Handler

                DCD     IRQ093_Handler        ; IRQ093_Handler

                DCD     IRQ094_Handler        ; IRQ094_Handler

                DCD     IRQ095_Handler        ; IRQ095_Handler

                DCD     IRQ096_Handler        ; IRQ096_Handler

                DCD     IRQ097_Handler        ; IRQ097_Handler

                DCD     IRQ098_Handler        ; IRQ098_Handler

                DCD     IRQ099_Handler        ; IRQ099_Handler

                DCD     IRQ100_Handler        ; IRQ100_Handler

                DCD     IRQ101_Handler        ; IRQ101_Handler

                DCD     IRQ102_Handler        ; IRQ102_Handler

                DCD     IRQ103_Handler        ; IRQ103_Handler

                DCD     IRQ104_Handler        ; IRQ104_Handler

                DCD     IRQ105_Handler        ; IRQ105_Handler

                DCD     IRQ106_Handler        ; IRQ106_Handler

                DCD     IRQ107_Handler        ; IRQ107_Handler

                DCD     IRQ108_Handler        ; IRQ108_Handler

                DCD     IRQ109_Handler        ; IRQ109_Handler

                DCD     IRQ110_Handler        ; IRQ110_Handler

                DCD     IRQ111_Handler        ; IRQ111_Handler

                DCD     IRQ112_Handler        ; IRQ112_Handler

                DCD     IRQ113_Handler        ; IRQ113_Handler

                DCD     IRQ114_Handler        ; IRQ114_Handler

                DCD     IRQ115_Handler        ; IRQ115_Handler

                DCD     IRQ116_Handler        ; IRQ116_Handler

                DCD     IRQ117_Handler        ; IRQ117_Handler

                DCD     IRQ118_Handler        ; IRQ118_Handler

                DCD     IRQ119_Handler        ; IRQ119_Handler

                DCD     IRQ120_Handler        ; IRQ120_Handler

                DCD     IRQ121_Handler        ; IRQ121_Handler

                DCD     IRQ122_Handler        ; IRQ122_Handler

                DCD     IRQ123_Handler        ; IRQ123_Handler

                DCD     IRQ124_Handler        ; IRQ124_Handler

                DCD     IRQ125_Handler        ; IRQ125_Handler

                DCD     IRQ126_Handler        ; IRQ126_Handler

                DCD     IRQ127_Handler        ; IRQ127_Handler

                DCD     IRQ128_Handler        ; IRQ128_Handler

                DCD     IRQ129_Handler        ; IRQ129_Handler

                DCD     IRQ130_Handler        ; IRQ130_Handler

                DCD     IRQ131_Handler        ; IRQ131_Handler

                DCD     IRQ132_Handler        ; IRQ132_Handler

                DCD     IRQ133_Handler        ; IRQ133_Handler

                DCD     IRQ134_Handler        ; IRQ134_Handler

                DCD     IRQ135_Handler        ; IRQ135_Handler

                DCD     IRQ136_Handler        ; IRQ136_Handler

                DCD     IRQ137_Handler        ; IRQ137_Handler

                DCD     IRQ138_Handler        ; IRQ138_Handler

                DCD     IRQ139_Handler        ; IRQ139_Handler

                DCD     IRQ140_Handler        ; IRQ140_Handler

                DCD     IRQ141_Handler        ; IRQ141_Handler

                DCD     IRQ142_Handler        ; IRQ142_Handler

                DCD     IRQ143_Handler        ; IRQ143_Handler

 

__Vectors_End

 

__Vectors_Size  EQU     __Vectors_End - __Vectors

只看该作者 · 2023-6-25 19:35

__Vectors为向量表起始地址，__Vectors_End为向量表结束地址，两个相减即可算出向量表大小。向量表从Flash的0地址开始放置，以4个字节为一个单位，地址0存放的是栈顶地址，0x04存放的是复位程序的地址，以此类推。从代码上看，向量表中存放的都是中断服务函数的函数名，可我们知道C语言中的函数名就是一个地址。DCD：分配一个或者多个以字为单位的内存，以4字节对齐，并要求初始化这些内存。在向量表中，DCD分配了一堆内存，并且以ESR的入口地址初始化它们。

只看该作者 · 2023-6-25 19:35

4. 复位程序

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AREA    |.text|, CODE, READONLY

只看该作者 · 2023-6-25 19:35

定义一个名称为.text的代码段，只读。

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Reset_Handler   PROC

                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]

                IMPORT  SystemInit

                IMPORT  __main

SET_SRAM3_WAIT

                LDR     R0, =0x40050804

                MOV     R1, #0x77

                STR     R1, [R0]

 

                LDR     R0, =0x4005080C

                MOV     R1, #0x77

                STR     R1, [R0]

 

                LDR     R0, =0x40050800

                MOV     R1, #0x1100

                STR     R1, [R0]

 

                LDR     R0, =0x40050804

                MOV     R1, #0x76

                STR     R1, [R0]

 

                LDR     R0, =0x4005080C

                MOV     R1, #0x76

                STR     R1, [R0]

 

                LDR     R0, =SystemInit

                BLX     R0

                LDR     R0, =__main

                BX      R0

                ENDP

只看该作者 · 2023-6-25 19:35

复位子程序是系统上电后第一个执行的程序，调用System Init函数初始化系统时钟，然后调用C库函数_mian，最终调用main函数进入C语言世界。

WEAK：表示弱定义，如果外部文件优先定义了该标号，则首先引用该标号，如果外部文件没有声明，也不会出错。这里表示复位子程序可以由用户在其他文件中重新实现，这里并不是唯一的。IMPORT：表示该标号来自外部文件，与C语言中的EXTERN关键字类似。这里表示System Init和__main这两个函数均来自外部的文件。

System Init()：一个标准的库函数，在system_hc32f460.c这个库文件中定义。其主要作用是配置系统时钟，这里面的时钟是需要用户自己配置的，华大芯片最高主频支持200M。

只看该作者 · 2023-6-25 19:36

__main：一个标准的C库函数，主要作用是初始化用户堆栈，并在函数的最后调用main函数进入C语言世界。这就是为什么我们写的程序都有一个main函数的原因。LDR、BLX、BX是CM4内核的指令，可在《CM3权威指南Cn R2》第4章里面查询到，具体作用见下表。

只看该作者 · 2023-6-25 19:36

值得注意的是上面有一段操作R0和R1寄存器的代码，这段代码是什么意思呢？查询手册，找到这个0x40050804的地址，发现是对sram的控制寄存器进行操作，详细对比手册之后，功能就是给sram3这块区域设置读写等待周期为2周期。

只看该作者 · 2023-6-25 19:36

5. 中断服务程序

再下面的代码就是中断服务程序，太长了就不粘贴了。启动文件已经帮我们写好所有中断的服务函数，但与我们平时写的中断服务函数不一样，这些函数都是空的，真正的中断服务程序需要在外部的C文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置而已。如果在使用某个外设的时候，开启了某个中断，但是又忘记编写配套的中断服务程序或者函数名写错，那当中断来临时，程序就会跳转到启动文件预先写好的空的中断服务程序中，并且在这个空函数中无限循环，即程序就“死”在这里。

只看该作者 · 2023-6-25 19:36

6. 用户堆栈初始化

复制

                ALIGN

 

 

; 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 PROC

                LDR     R0, =  Heap_Mem

                LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)

                LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)

                LDR     R3, = Stack_Mem

                BX      LR

                ENDP

 

                ALIGN

 

                ENDIF

 

 

                END

只看该作者 · 2023-6-25 19:37

ALIGN：对指令或者数据存放的地址进行对齐，后面会跟一个立即数，缺省表示4字节对齐。

首先判断是否定义了__MICROLIB，如果定义了这个宏，则赋予标号__initial_sp（栈顶地址）、__heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆结束地址）全局属性，可供外部文件调用。有关这个宏在KEIL里面配置，具体见下图。然后堆栈的初始化就由C库函数_main来完成。

只看该作者 · 2023-6-25 19:37

只看该作者 · 2023-6-25 19:37

如果没有定义__MICROLIB，则采用双段存储器模式，且声明标号__user_initial_stackheap具有全局属性，让用户自己初始化堆栈。IF、ELSE、ENDIF：汇编的条件分支语句，与C语言中的if、else类似。END：文件结束。