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STM32F103芯片的启动过程

news 2025/8/12 10:32:32

一、启动概述

STM32F103从上电到运行用户程序经历了一个精确的启动序列，主要包括硬件复位、启动模式选择、堆栈指针初始化、跳转到复位处理程序等步骤。

二、启动模式选择

1. 三种启动模式

STM32F103通过BOOT0和BOOT1引脚的电平状态决定启动模式：

主闪存启动 (BOOT1=X, BOOT0=0)
- 从0x08000000地址启动
- 这是最常用的模式，运行用户程序
系统存储器启动 (BOOT1=0, BOOT0=1)
- 从0x1FFFF000地址启动
- 运行ST出厂固化的Bootloader
- 用于通过串口等接口下载程序
内置SRAM启动 (BOOT1=1, BOOT0=1)
- 从0x20000000地址启动
- 用于调试或运行RAM中的代码

2. 地址映射机制

根据启动模式，0x00000000地址会被映射到不同的物理地址：

主闪存模式：0x00000000映射到0x08000000
系统存储器模式：0x00000000映射到0x1FFFF000
SRAM模式：0x00000000映射到0x20000000

三、详细启动流程

1. 上电复位阶段

上电 → POR/PDR复位 → 等待时钟稳定 → 读取BOOT引脚

电源监控：POR(Power On Reset)和PDR(Power Down Reset)监控电源电压
复位延时：确保电源稳定，典型值约为几毫秒
HSI启动：默认使用8MHz内部高速时钟(HSI)作为系统时钟

2. 向量表读取

芯片首先从启动地址读取两个重要的32位数据：

地址0x00000000: 初始堆栈指针值(MSP)
地址0x00000004: 复位向量(Reset_Handler地址)

3. 硬件初始化

// CPU自动执行的操作：
1. SP = 读取地址0x00000000的值  // 设置主堆栈指针
2. PC = 读取地址0x00000004的值  // 跳转到Reset_Handler

4. Reset_Handler执行

这是第一个执行的用户代码，通常完成：

Reset_Handler:// 1. 设置向量表偏移寄存器(如果需要)SCB->VTOR = FLASH_BASE;// 2. 初始化数据段(.data)// 从Flash复制初始化数据到RAM// 3. 清零BSS段// 将未初始化的全局变量清零// 4. 调用SystemInit()// 配置时钟系统、PLL等// 5. 调用C库初始化(如果使用)__libc_init_array();// 6. 跳转到main函数main();

5. SystemInit系统初始化

SystemInit()函数主要完成：

时钟配置
- 使能HSE(外部高速时钟)
- 配置PLL倍频
- 设置AHB、APB1、APB2分频器
- 切换系统时钟源到PLL
Flash访问配置
- 设置Flash预取缓冲
- 配置Flash等待周期
中断向量表配置
- 设置向量表偏移地址

四、启动时序示例

时间线：
0ms:   上电，POR复位激活
1-2ms: 电压稳定，读取BOOT引脚
2ms:   从0x08000000读取MSP值
2.1ms: 从0x08000004读取Reset_Handler地址  
2.2ms: 跳转执行Reset_Handler
3ms:   执行SystemInit，配置时钟
5ms:   时钟切换完成，进入main函数

五、重要寄存器

1. RCC寄存器

RCC_CR: 时钟控制寄存器
RCC_CFGR: 时钟配置寄存器
RCC_CSR: 控制/状态寄存器(包含复位标志)

2. SCB寄存器

SCB_VTOR: 向量表偏移寄存器
SCB_AIRCR: 应用中断和复位控制寄存器

六、启动代码示例

典型的启动文件结构(startup_stm32f103.s)：

.section .isr_vector
.word _estack          /* 栈顶地址 */
.word Reset_Handler    /* 复位处理函数 */
.word NMI_Handler      /* NMI处理函数 */
.word HardFault_Handler /* 硬件错误处理 */
/* ... 其他中断向量 ... */Reset_Handler:/* 复制.data段 */ldr r0, =_sdataldr r1, =_edataldr r2, =_sidata/* ... 复制代码 ... *//* 清零.bss段 */ldr r0, =_sbssldr r1, =_ebss/* ... 清零代码 ... *//* 调用系统初始化 */bl SystemInit/* 调用main函数 */bl main