ARM单片机OTA解析（二）
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- 二、Bootloader加载启动App代码讲解
二、Bootloader加载启动App代码讲解
代码详细解析：
typedef void (*pFunction)(void);static void DrvInit(void)
{RS485DrvInit();DelayInit();SystickInit();
}#define RAM_START_ADDRESS 0x20000000
#define RAM_SIZE 0x10000static void BootToApp(void)
{uint32_t stackTopAddr = *(volatile uint32_t*)APP_ADDR_IN_FLASH; if (stackTopAddr > RAM_START_ADDRESS && stackTopAddr < (RAM_START_ADDRESS + RAM_SIZE)) //判断栈顶地址是否在合法范围内{__disable_irq();__set_MSP(stackTopAddr);uint32_t resetHandlerAddr = *(volatile uint32_t*) (APP_ADDR_IN_FLASH + 4);/* Jump to user application */pFunction Jump_To_Application = (pFunction) resetHandlerAddr; // int *p = (int *)0x8003145/* Initialize user application's Stack Pointer */Jump_To_Application();}NVIC_SystemReset();
}
其中这里面设计到了指针以及函数指针需要详细理解一下，不然这一段是看不懂的。
深入理解C语言内存空间、函数指针（三）（重点是函数指针）
首先就是一个函数指针：typedef void (*pFunction)(void);
先自己分析一下：
volatile uint32_t*这里表示APP_ADDR_IN_FLASH是一个int类型指针变量，但是前面又一个*是什么意思，是指针的解引用吗 去除这个地址里面存储的内容，然后将存储的地址在赋值给stackTopAddr ，volatile uint32_t*这个地方最核心的意思是告诉编译器，APP_ADDR_IN_FLASH这只是首地址，还需要往后在找三个地址，因为这个表示的是4个字节32位。
执行步骤：
-
强制类型转换：
(volatile uint32_t*)APP_ADDR_IN_FLASH→ 将常量地址APP_ADDR_IN_FLASH转换为 指向volatile uint32_t的指针。-
**
volatile**：告知编译器该地址内容可能被外部因素（硬件、中断等）异步修改，禁用优化（如缓存值到寄存器）。 -
**
uint32_t*：指针类型为 32位无符号整数指针**，表示访问从该地址开始的 连续4字节内存（因uint32_t占4字节）。
-
-
解引用操作：
*(...)→ 读取指针指向的 4字节数据（即APP_ADDR_IN_FLASH地址处的实际值），而非地址本身。 -
赋值：
将读取到的32位值存入变量stackTopAddr。
volatile 的核心作用：强制直接内存访问。
volatile 的本质是禁用编译器优化，确保每次对变量的读写都直接操作内存，而非使用寄存器缓存副本。
- 编译器优化问题：
编译器默认会优化代码，比如将频繁访问的变量缓存在寄存器中（减少内存读写开销）。
但对硬件寄存器、中断共享变量等，这种优化会导致程序无法感知外部实时变化。 -
volatile的解决方案**：
通过声明volatile，强制编译器每次访问变量时都从内存地址重新加载值（读）或立即写入内存（写）
寄存器缓存原理
编译器（如GCC/Clang的-O2/-O3级别优化）会将频繁访问的变量缓存在CPU寄存器中，减少内存访问次数。此时，代码实际操作的是寄存器的副本而非内存中的原始变量。
优化失效场景
当变量被外部异步修改时（如中断、多线程、硬件寄存器），寄存器的副本不会同步更新，导致程序逻辑错误。
| 场景 | 后果 | 案例 |
|---|---|---|
| 硬件中断修改变量 | 主循环无法感知新值，死循环卡死 | OV5640摄像头读取卡死在while(a==0) |
| 多线程共享变量 | 线程间数据不一致，逻辑错误 | 线程A缓存旧值，线程B更新无效 |
| 内存映射硬件操作 | 读取过时硬件状态，驱动失效 | 传感器数据寄存器读取延迟 |
因此需要强制内存访问
volatile关键字
声明变量为volatile，强制每次访问都从内存读取/写入
-
作用原理：禁用寄存器缓存，生成直接访问内存的指令
-
适用场景：中断标志位、多线程共享变量、硬件寄存器映射变量
因此在之前开发过程中遇到的按键板和显示板UART通信的时候，需要加上获取按键值的变量加上关键字volatile，这是因为这个变量是在中断中直接解析的，导致频繁的访问，编译器就会针对这个地方进行一次优化，就是上面说的“代码实际操作的是寄存器的副本而非内存中的原始变量”，因此为了保证每次都是最新的按键值，所以我们要强制内存访问。
继续解析代码：
uint32_t stackTopAddr = *(volatile uint32_t*)APP_ADDR_IN_FLASH;
APP_ADDR_IN_FLASH**：APP 的起始地址（即向量表基地址）
这个地址是我们自己设定的，正常来说是从APP_ADDR_IN_FLASH 0x08000000，但是由于前面的空间我们预留给了BOOT，并且还是给了BOOT12KB的空间，因此APP的开始地址就是APP_ADDR_IN_FLASH 0x8003000。
在正常启动的时候我们首先就是获取栈顶地址，因此就是上面这段代码，读取出栈顶地址，这是ARM内核启动的流程，必须也只能按照这样执行。
得到的栈顶地址，什么是栈顶地址，就是这个工程有效使用栈空间最顶的地址，栈空间是什么空间？是运行我们函数的空间，存储全局变量什么的，掉电易失。SRAM。
栈空间（Stack）是程序运行时的重要内存区域，主要用于存储与函数调用、中断处理等相关的临时数据。
- 函数调用上下文
- 返回地址（LR）：子函数执行完毕后需返回父函数的位置，由链接寄存器（LR，X30）保存，调用子函数前会压入栈中。
- 帧指针（FP）：指向当前函数栈帧的底部（高地址），用于界定函数栈边界，通常由X29寄存器保存，入栈后形成函数调用链。
- 调用者寄存器：部分需跨函数保留的寄存器（如ARMv7的R4-R11，ARM64的X19-X28）会在子函数中压栈保护，防止被覆盖。
- 局部变量
- 函数内部定义的非静态局部变量（如
int a;）存储在栈帧中，生命周期仅限于函数执行期间，函数返回后自动释放。 - 示例：函数内数组、结构体等临时变量。
- 函数参数
- 超出寄存器容量的参数：ARM调用约定中，前几个参数通过寄存器传递（如ARM64的X0-X7），超出部分会压入调用者的栈空间。
- 可变参数函数：如
printf()的多余参数需通过栈传递。
- 中断/异常上下文
- 发生中断或异常时，CPU自动将关键寄存器（PC、LR、CPSR等） 压入当前模式栈（如IRQ模式栈），用于恢复现场。
- 中断服务程序（ISR）中的局部变量也占用栈空间。
- 临时数据与中间结果
- 编译器生成的临时计算结果（如复杂表达式中间值）。
- 寄存器溢出：当寄存器不足时，部分中间变量暂存到栈中
ARM栈空间的核心作用是支撑函数调用链与临时数据存储，具体包括：函数返回地址（LR）、帧指针（FP）、局部变量、多余参数、中断上下文及编译器临时数据。其设计遵循架构规范（如AAPCS），通过栈指针（SP）和帧指针（FP）协同管理栈帧边界。开发中需警惕栈溢出风险，尤其在资源受限的嵌入式系统中。
栈顶地址（Stack Top Address）是计算机科学中栈（Stack）这一数据结构的关键概念，指栈中最后一个被插入元素的内存地址。栈是一种后进先出（LIFO）的线性表，所有操作（插入/删除）仅在栈顶进行。
- 操作唯一性：所有入栈（
PUSH）和出栈（POP）操作均通过修改栈顶地址完成：- 入栈：栈顶地址向低地址移动 → 新元素存入新地址。
- 出栈：栈顶地址向高地址移动 → 释放当前元素。
- 核心功能：
- 存储函数调用的返回地址、参数、局部变量；
- 实现递归和中断处理时的上下文保护。
接着就是验证 APP 栈顶指针合法性。
然后就是关闭中断，防止跳转过程被干扰
__set_MSP(stackTopAddr);
重设主栈指针（MSP）
**作用：将 APP 的初始栈顶地址保存到CPU的 SP 寄存器里面，确保 APP 从正确的栈空间启动。
获取复位处理函数地址
这一步也是CPU的基操，启动的第二个流程，第一是获取栈顶地址，第二就是复位函数地址，
uint32_t resetHandlerAddr = *(volatile uint32_t*) (APP_ADDR_IN_FLASH + 4);
同样的思路，我们利用这一行代码获取到复位函数的入口地址了。
但是！！！！ 警惕 警惕
现在我们只是自己知道resetHandlerAddr这个里面存储是复位函数的地址，但是编译器不知道，现在这个里面只是存储的复位函数入口地址。
并且没有初始化原因是：
值由硬件预设，非软件生成
- Cortex-M 架构规定，应用程序的复位函数地址 由编译器链接时确定，并固定在 Flash 的向量表偏移 4 字节处（即
APP_ADDR_IN_FLASH + 4）。 - 该地址是只读的硬件预设值，非运行时动态生成，因此无需软件初始化。
我们需要做的就是让编译器知道这个入口地址是函数的地址，
而复位函数的类型是 void ()(void);
因此我们前面声明的函数指针就用上了。
typedef void (*pFunction)(void);
首先：
pFunction Jump_To_Application
表示的是我们定义一个函数，这个函数类型是pFunction，也就是void ()(void); 符合复位函数的类型，那么我们后续我们就可以直接使用Jump_To_Application()，
为什么能直接这样使用Jump_To_Application()？
是不是我可以理解成这样就是对函数指针的解引用，区别于变量指针的解引用。
函数指针的调用 Jump_To_Application() 是 C 语言标准允许的语法糖（Syntactic Sugar）。它等价于显式解引用形式 (*Jump_To_Application)()，但更简洁直观。
- 函数指针类型
pFunction必须与Reset_Handler的签名完全匹配（如void (*)(void)），否则会因参数传递或栈布局错误导致硬件异常。 - 错误示例：若
Reset_Handler实际需要参数，但pFunction定义为无参数类型，调用时将破坏栈平衡。
但是现在还缺少一个地址，这个地址就是入口地址，前面我们获取了入口地址是resetHandlerAddr。
但是我们还是需要将这个地址给强制转换成函数类型也就是
(pFunction) resetHandlerAddr;
这样做的目的是 原本我们只是知道这是一个0x8003145,并不能说明这是一个地址，因此我们需要将他变成一个地址，但是指针又需要类型，而我们这个指针就是函数类型的，毕竟是函数入口地址，不是函数类型的指针是什么指针？ 因此就是一个强转。
最后综合起来就是这行代码
pFunction Jump_To_Application = (pFunction) resetHandlerAddr; // int *p = (int *)0x8003145/* Initialize user application's Stack Pointer */Jump_To_Application();
至此已经跳转到APP。
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