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单片机如何启动

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楼主: 1026869700
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zhonglong1215| | 2014-12-21 22:39 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览
我觉得如果不自己设计一款单片机可能无法真正明白咋启动的……
ps:拙见……

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zjf199007| | 2015-1-1 00:25 | 只看该作者
51单片机就看startup.a这个汇编文件。。。就那么几行汇编,查查手册也就懂了。。。

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keer_zu| | 2015-1-1 18:44 | 只看该作者
期待楼主新成果

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1026869700|  楼主 | 2015-1-1 19:50 | 只看该作者
keer_zu 发表于 2015-1-1 18:44
期待楼主新成果

感谢支持

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1026869700|  楼主 | 2015-1-1 19:50 | 只看该作者
zhonglong1215 发表于 2014-12-21 22:39
我觉得如果不自己设计一款单片机可能无法真正明白咋启动的……
ps:拙见…… ...

当需要写系统时,这些也是需要了解的。

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1026869700|  楼主 | 2015-1-1 19:51 | 只看该作者
zjf199007 发表于 2015-1-1 00:25
51单片机就看startup.a这个汇编文件。。。就那么几行汇编,查查手册也就懂了。。。 ...

是的,

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1026869700|  楼主 | 2015-1-1 20:04 | 只看该作者
接下来我们看看复位后第一句指令——Reset_Handler()函数里有什么。
若使用的是ST公司标准外设库,那么已经有了现成的Reset_Handler,不过它是弱定义——PUBWEAK,可以被我们重写的同名函数覆盖。一般来说,使用的都是ST提供的Reset_Handler,在V3.4版本的库中,可以在startup_stm32f10x_xx.s中找到这个函数:
        PUBWEAK Reset_Handler
        SECTION .text:CODE:REORDER(2)
Reset_Handler
        LDR     R0, =SystemInit
        BLX     R0
        LDR     R0, =__iar_program_start
        BX      R0
看来ST只调用了自家库提供的SystemInit函数进行系统时钟、Flash读取的初始化,并把控制权交给了__iar_program_start这个IAR提供的“内部函数”了,跟着__iar_program_start跳转,看看IAR做了什么,上面一段代码的反汇编如下:
  Reset_Handler:
__iar_section$$root:
  08007E1C  4801      LDR          R0, [PC, #0x4]; LDR     R0, =SystemInit
  08007E1E  4780      BLX          R0;BLX     R0
  08007E20  4801      LDR          R0, [PC, #0x4];LDR     R0, =__iar_program_start
  08007E22  4700      BX           R0;BX      R0
  08007E24  6C69      
  08007E26  0800      
  08007E28  7D8D      
  08007E2A  0800   
细心的观众会发现地址是0x0800'7E1C,比我们查到的0x0800'7E1D差了1,这是ARM家族的遗留问题,因为ARM处理器的指令至少是半字对齐的(16位THUMB指令集 or 32位ARM指令集),所以PC指针的LSB是常为0的,为了充分利用寄存器,ARM公司给PC的LSB了一个重要的使命,那就是在执行分支跳转时,PC的LSB=1,表示使用THUMB模式,LSB=0,表示使用ARM模式,但在最新的Cortex-M3内核上,只使用了THUMB-2指令集挑大梁,所以这一位要常保持1,所以我们查到的地址是0x0800'7E1D(C=1100,D=1101),放心,我们的CM3内核会忽略掉LSB(除非为0,那么会引起一个fault),从而正确跳转到0x0800'7E1C。
从0x0800'7E20处的加载指令,我们可以算出__iar_program_start所处的位置,就是当前PC指针(0x0800'7E24),再加上4,即0x0800'7E28处的所指向的地址——0x0800'7D8D(0x0800'7D8C),我们跟紧着跳转,__iar_program_start果然在这里:
__iar_program_start:
  08007D8C  F000F88C  BL           __low_level_init
  08007D90  2800      CMP          R0, #0x0
  08007D92  D001      BEQ          __iar_init$$done
  08007D94  F7FFFFDE  BL           __iar_data_init2
  08007D98  2000      MOVS         R0, #0x0
  08007D9A  F7FDFC49  BL           main
我们看到IAR提供了__low_level_init这个函数进行了“底层”的初始化,进一步跟踪,我们可以查到__low_level_init这个函数做了些什么,并不是我们想象中的不可告人。
__low_level_init:
  08007EA8  2001      MOVS         R0, #0x1
  08007EAA  4770      BX           LR
__low_level_init出乎想象的简单,只是往R0寄存器写入了1,就立即执行"BX LR"回到调用处了,接下来,__iar_program_start检查了R0是否为0,为0,则执行__iar_init$$done,若不是0,就执行__iar_data_init2。__iar_init$$done这个函数很简单,只有2句话,第一句是把R0清零,第二句就直接"BL main",跳转到main()函数了。不过既然__low_level_init已经往R0写入了1,那么我们还是得走下远路——看看__iar_data_init2做了些什么,虽然距离main只有一步之遥,不过这中间隐藏了编译器的思想,我们得耐心看下去。
__iar_data_init2:
  08007D54  B510      PUSH         {R4,LR}
  08007D56  4804      LDR          R0, [PC, #0x10]
  08007D58  4C04      LDR          R4, [PC, #0x10]
  08007D5A  E002      B            0x8007D62
  08007D5C  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D60  4788      BLX          R1
  08007D62  42A0      CMP          R0, R4
  08007D64  D1FA      BNE          0x8007D5C
  08007D66  BD10      POP          {R4,PC}
  08007D68  7C78      
  08007D6A  0800      
  08007D6C  7C9C     
  08007D6E  0800      
看来IAR迟迟不执行main()函数,就是为了执行__iar_data_init2,后面我们来分析分析IAR都干了些什么坏事~(引用自网络)

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chipon123| | 2015-2-4 11:49 | 只看该作者
这个有经验的工程师可以谈谈

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1026869700|  楼主 | 2015-2-6 14:09 | 只看该作者
我们来分析分析IAR都干了些什么坏事
首先压R4,LR入栈,然后加载0x0800'7C78至R0,0x0800'7C9C至R4,马上跳转到0x0800'7D62执行R0,R4的比较,结果若是相等,则弹出R4,PC,然后立即进入main()。不过IAR请君入瓮是自不会那么快放我们出来的——结果不相等,跳转到0x0800'7D5C执行,在这里,把R0指向的地址——0x0800'7C78中的值——0x0800'7D71加载到R1,并且R0中的值自加4,更新为0x0800'7C7C,并跳转到R1指向的地址处执行,这里是另一个IAR函数:__iar_zero_init2:
__iar_zero_init2:
  08007D70  2300      MOVS         R3, #0x0
  08007D72  E005      B            0x8007D80
  08007D74  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D78  F8413B04  STR          R3, [R1], #0x4
  08007D7C  1F12      SUBS         R2, R2, #0x4
  08007D7E  D1FB      BNE          0x8007D78
  08007D80  F8502B04  LDR          R2, [R0], #0x4
  08007D84  2A00      CMP          R2, #0x0
  08007D86  D1F5      BNE          0x8007D74
  08007D88  4770      BX           LR
  08007D8A  0000      MOVS         R0, R0
__iar_data_init2还没执行完毕,就跳转到了这个__iar_zero_inti2,且看我们慢慢分析这个帮凶——__iar_zero_inti2做了什么。
__iar_zero_inti2将R3寄存器清零,立即跳转到0x0800'7D80执行'LDR          R2, [R0], #0x4',这句指令与刚才在__iar_data_init2见到的'LDR          R1, [R0], #0x4'很类似,都为“后索引”。这回,将R0指向的地址——0x0800'7C7C中的值——0x0000'02F4加载到R2寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C80。接下来的指令检查了R2是否为0,显然这个函数没那么简单想放我我们,R2的值为2F4,我们又被带到了0x0800'7D74处,随后4条指令做了如下的事情:
1、将R0指向的地址——0x0800'7C80中的值——0x2000'27D4加载到R1寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C84。
2、将R1指向的地址——0x2000'27D4中的值——改写为R3寄存器的值——0,然后R1中的值自加4,更新为0x2000'27D8。
3、R2自减4
4、检查R2是否为0,不为0,跳转到第二条执行。不为,则执行下一条。
这简直就是一个循环!——C语言的循环for(r2=0x2F4;r2-=4;r!=0){...},我们看看循环中做了什么。
第一条指令把一个地址加载到了R1——0x2000'27D4 是一个RAM地址,以这个为起点,在循环中,对长度为2F4的RAM空间进行了清零的操作。那为什么IAR要做这个事情呢?消除什么记录么?用Jlink查看这片内存区域,可以发现这片区域是我们定义的全局变量的所在地。也就是说,IAR在每次系统复位后,都会自动将我们定义的全局变量清零0。
清零完毕后,接下来的指令"LDR          R2, [R0], #0x4"将R0指向的地址——0x0800'7C84中的值——0加载到R2寄存器,然后R0中的值自加4,更新为0x0800'7C88。随后检查R2是否为0,这里R2为0,执行'BX LR'返回到__iar_data_init2函数,若是不为0,我们可以发现又会跳转至“4指令”处进行一个循环清零的操作。
读到这里,我们应该可以猜到IAR的意图了:__iar_data_init2一开始加载了0x0800'7C78至R0,0x0800'7C9C至R4,[R0,R4]就是一段启动代码区,在这个区域内保存了要“处理”的所有地址与信息——执行的函数地址或者参数,实际上,这片区域也有一个名字,叫做:Region$$Table$$。在这个区域内,程序以R0为索引,R4为上限,当R0=R4,__iar_data_init2执行完毕,跳转至main()函数。
好了,保持我们这个猜想,继续跟踪我们的PC指针——我们回到了__iar_data_init2函数中,第一件事就是比较R0,R4的值,可惜的是,仍然不相等,我们又被带到了0x0800'7D5C,至此,我们应该能看出这是一个__iar_data_init2的“主循环”,这也验证了我们对IAR意图的猜想~
  __iar_data_init2中的“主循环”:
  08007D5C  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007D60  4788      BLX          R1
  08007D62  42A0      CMP          R0, R4
我们可以等价写为:for(r0=0x0800'7C78,r4=0x0800'7C9C;r0!=r4;r0+=4){...}
此时,我们的R0为0x0800'7C88,经过“指令1”,R0变为0x0800'7C8C,R1为0x0800'7C55。我们来看看,7C55处,IAR又要执行何种操作。
__iar_copy_init2:
  08007C54  B418      PUSH         {R3,R4}
  08007C56  E009      B            0x8007C6C
  08007C58  F8501B04  LDR          R1, [R0], #0x4
  08007C5C  F8502B04  LDR          R2, [R0], #0x4
  08007C60  F8514B04  LDR          R4, [R1], #0x4
  08007C64  F8424B04  STR          R4, [R2], #0x4
  08007C68  1F1B      SUBS         R3, R3, #0x4
  08007C6A  D1F9      BNE          0x8007C60
  08007C6C  F8503B04  LDR          R3, [R0], #0x4
  08007C70  2B00      CMP          R3, #0x0
  08007C72  D1F1      BNE          0x8007C58
  08007C74  BC12      POP          {R1,R4}
  08007C76  4770      BX           LR
这是一个名为__iar_copy_init2的函数,他执行了什么"copy"操作呢?
首先压R3,R4入栈,然后跳转到0x0800'7C6C,从R0——Region$$Table$$Base中取出参数0x238放入R3,接下来的指令大家应该都熟悉了,0x238不为0,所以我们被带至7C58处,再次从Region$$Table$$Base中取出参数0x0800'7F14放入R1,从Region$$Table$$Base取出参数0x2000'2AC8放入R2处。细心的观众应该能察觉这和__iar_zero_init2中取参数的几乎一样:先取出大小,随后取出了地址——只不过这里多出了1个地址,没错这就是"copy",随后的指令
  08007C60  F8514B04  LDR          R4, [R1], #0x4
  08007C64  F8424B04  STR          R4, [R2], #0x4
  08007C68  1F1B      SUBS         R3, R3, #0x4
  08007C6A  D1F9      BNE          0x8007C60
则是另一个“4指令”,指令1将R1指向地址的数据读到R4,指令2将R2指向地址的数据改写为R4的数据,指令3、4是完成一个循环。
说到这里大家都应该明白了——这就是一个"copy"的操作,从Flash地址0x0800'7F14起,将长度0x238的数据拷贝到RAM地址0x2000'2AC8中。
通过Jlink,我们可以看到这片区域是我们定义的并且已初始化的全局变量。也就是说,每次复位后,IAR在此处进行全局变量的初始化。
在这“4指令”执行完毕后,再次从Region$$Table$$Base中取出参数,为0,比较之后条件符合,函数返回__iar_data_init2。
此时的R0已经为0x0800'7C9C与R4相等,__iar_data_init2终于完成它的使命。
  08007D98  2000      MOVS         R0, #0x0
  08007D9A  F7FDFC49  BL           main
将R0清零以后,IAR放弃主动权,把PC指针交给了用户程序的入口——main()。
但请注意,这里使用的是BL指令进行main跳转,也就是说,main函数只是IAR手中的一个子程序,若是main函数执行到了结尾,接下来则会执行exit等IAR提供的“退出”函数。这些函数,等待下回分解~
总之,IAR在启动main()函数以前,执行了Reset_Handler,调用SystemInit()(ST库提供)进行时钟,Flash读取初始化,并转入__iar_program_start中执行__low_level_init与__iar_data_init2,并在__iar_data_init2中,先后调用__iar_zero_init2与__iar_copy_init2对全局变量、全局已初始化变量进行相应的初始化操作。最后,调用main()函数执行。
这就是IAR在启动main()函数之前做的事情

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1026869700|  楼主 | 2015-2-6 14:11 | 只看该作者
chipon123 发表于 2015-2-4 11:49
这个有经验的工程师可以谈谈

谢谢关注,在这里,我们只做了解。对后面的学习有帮助。

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keer_zu| | 2015-2-13 13:36 | 只看该作者
1026869700 发表于 2015-2-6 14:11
谢谢关注,在这里,我们只做了解。对后面的学习有帮助。

这么详细的分析,真的不错。加油啊。静候新篇

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进击的生菜| | 2017-10-24 11:11 | 只看该作者
楼主牛  厉害   

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caijie001| | 2017-10-31 12:45 | 只看该作者
深夜星空 发表于 2014-11-23 10:48
在main()之前,IAR都做了啥? http://blog.csdn.net/kvs112219/article/details/6151393
Cortex-M3的 ...

厉害啊,我之前没想过这方面的问题

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天命风流| | 2018-6-8 12:15 | 只看该作者
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