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STM32启动流程全面解析：从上电复位到进入main函数

news 2025/9/28 10:41:21

目录

1 STM32启动总览

2 从 Boot ROM 到 Boot Loader

3 启动文件

3.1 启动文件到底是什么？

3.2 硬件自动执行（上电复位后）：

3.3 启动文件的初始化工作

3.4 一图流总结

4 中断向量表

4.1 BOOT 配置：决定 “程序从哪里读”

4.2 向量表的 “唯一性” 与 “偏移”：

4.3 复位向量指向的复位服务函数

4.4 中断向量表里存的是什么？

4.5 函数的地址（入口地址）是固定的吗？

4.6 中断向量表：“程序入口” 的索引表

5 复位向量、Boot Loader 与启动文件详解

5.1 STM32启动代码与Bootloader的关系

两者的区别：

5.2 用户自定义Bootloader的执行流程

典型的双程序区布局：

Bootloader的启动执行过程：

阶段1：硬件自动执行

阶段2：Bootloader的启动代码执行

阶段3：Bootloader主逻辑

5.3 关键技术：从Bootloader跳转到应用程序

跳转函数的实现：

5.4 应用程序的特殊配置

链接脚本修改 (.ld文件)：

应用程序中设置向量表偏移并开启中断：

需要注意

5.5 完整的启动序列

5.6 总结：

1 STM32启动总览

上电复位  ↓  
硬件复位初始化：复位寄存器值、外设恢复默认状态（如关闭外设时钟）  ↓  
BootROM层：
执行BootROM（厂商芯片流片时固化的一段代码，固化在芯片内部）  ├─→ 初始化基础时钟（如切换到HSI内部时钟）  ├─→ 初始化必要外设（如Flash控制器、调试串口）  ├─→ 检测启动模式（通过BOOT引脚或选项字节，启动Bootloader）  │     ├─→ 从内部Flash（0×08000000）启动：直接跳转至用户程序起始地址  │     └─→ 从系统存储器（System Memory）启动：执行厂商Bootloader（如STM32的USB DFU） │     └─→ 从RAM启动（0x20000000） ↓  
Bootloader层：
假设从内部Flash启动：加载用户Bootloader（若有）  ├─→ 从内部Flash/外部存储介质读取用户Bootloader到RAM或直接执行  ├─→ 执行Bootloader的启动代码（.s文件）  ├─→ 用户Bootloader执行：  │     ├─→ 高级时钟配置（如PLL倍频到主频）  │     ├─→ 外设深度初始化（如以太网、文件系统）  │     ├─→ 固件更新检测（OTA、USB/UART通信）  │     └─→ 跳转至应用程序复位向量（即main()的上级入口）  ↓  
Application层：
执行应用程序的启动代码（startup_xxx.s）  ├─→ 初始化C语言环境（如复制.data段、清零.bss段）  ├─→ 调用库初始化（如ARM的__main）  └─→ 最终跳转至main()函数↓
main()函数

2 从 Boot ROM 到 Boot Loader

单片机如何从boot rom到boot loader的部分我的一篇博客已经讲过了：

STM32启动流程解析：从BootROM到BootLoader

3 启动文件

参考阅读：

stm32--启动文件(.s)与启动过程_stm32 .s-CSDN博客

STM32学习笔记(6): 启动代码(Startup Code)_怎么找stm32的运行代码-CSDN博客

3.1 启动文件到底是什么？

启动文件（通常是汇编文件，比如 STM32 的startup_stm32f103xe.s）是由芯片厂商提供、直接与硬件内核（如 Cortex-M3/M4）对接的底层代码，它的作用是：

  1. 定义中断向量表（包括复位向量）；

  2. 完成 CPU 上电后最基础的初始化（栈、堆、全局变量等）；

  3. 最终 “接力” 跳转到用户代码的main函数。

具体作用：

3.2 硬件自动执行（上电复位后）：

  • CPU从向量表的第一个条目（0x00000000）读取初始栈指针（MSP）

  • 从向量表的第二个条目（0x00000004）读取复位向量（Reset_Handler的地址）

  • CPU跳转到Reset_Handler函数

3.3 启动文件的初始化工作

启动文件（如startup_stm32xxxx.s）是一段汇编代码，主要完成以下任务：

startup_stm32xxxx.s 文件：
（下面的代码仅为演示，不代表实际代码）; ...                        ; 定义初始堆栈大小
; ...
; ...                        ; 建立中断向量表
DCD     __initial_sp         ; 初始化中断向量表，第一个表项是栈顶地址
DCD     Reset_Handler        ; 初始化中断向量表，第二个表项是复位中断服务函数地址
DCD     NMIException         ; 初始化中断向量表
; ...                        ; 初始化中断向量表...Reset_Handler  ; 复位中断服务函数（上电复位后执行）BL      SystemInit           ; 调用SystemInit函数（初始化系统时钟等）BL      __main               ; 调用__main函数（由编译器提供，负责初始化全局变量）BX      LR                   ; 跳转返回

  • 初始化栈和堆：在 SRAM 中划分栈空间（用于函数调用、局部变量）和堆空间（用于malloc等动态内存分配）。

  • 初始化中断向量表。

  • 初始化全局变量：

    • 将 Flash 中.rwdata段的 “初始化了特定值的变量” 复制到 SRAM 的.data段。

    • 将 SRAM 中.bss段的 “未初始化或初始化为 0 的变量” 清零。

  • 初始化系统外设：如配置系统时钟（SystemInit 函数，部分启动文件会调用）。

  • 启动文件完成所有初始化后，通过汇编指令跳转到用户编写的main函数，此时才真正开始执行你写的第一行用户代码。

3.4 一图流总结

4 中断向量表

通过上文的Boot ROM与Boot Loader我们知道：Boot ROM会读取Boot引脚的电平配置来选择启动方式。

4.1 BOOT 配置：决定 “程序从哪里读”

单片机通过BOOT 引脚（如 STM32 的 BOOT0、BOOT1）配置程序的启动介质，这一步决定了 “中断向量表和代码存在哪里”：

  • BOOT0=0：从主 Flash启动（最常用，用户程序存放在这里）。

  • BOOT0=1，BOOT1=0：从系统存储器启动（用于出厂引导程序（厂家的bootloader）或 ISP 在线编程）。

  • BOOT0=1，BOOT1=1：从SRAM启动（多用于调试场景）。

4.2 向量表的 “唯一性” 与 “偏移”：

  • 系统中只有一份 “逻辑上的中断向量表”，但它的 “物理存储位置” 可以通过SCB->VTOR偏移到 Flash 或 SRAM。

  • 也就是说，向量表的 “内容（各中断的服务函数地址）” 是固定的，但 “存储这张表的物理地址” 可以切换 —— 这就是 “偏移” 的本质。

4.3 复位向量指向的复位服务函数

（如Reset_Handler）是唯一的，但它的 “存储地址” 会随向量表的偏移而变化：

  • 场景 1：向量表在 Flash（SCB->VTOR = 0x08000000），复位向量（0x08000004）指向的是Flash 中存储的Reset_Handler函数的地址。

  • 场景 2：向量表在 SRAM（SCB->VTOR = 0x20000000）此时需要先将Flash 中的向量表复制到 SRAM（包括Reset_Handler的地址），然后SCB->VTOR指向 SRAM 起始地址。复位向量（0x20000004）指向的是Flash 中存储的Reset_Handler函数的地址。（与 Flash 中原始地址一致，因为向量表是复制过来的）。

4.4 中断向量表里存的是什么？

中断向量表的每一个条目（比如第0条是初始栈指针MSP，第1条是复位向量），存储的并不是指令代码本身，而是一个地址值（32位指针）。

  • 对于复位向量，这个地址值就是 Reset_Handler 函数在内存中的入口地址。

4.5 函数的地址（入口地址）是固定的吗？

在编译和链接阶段，链接器会根据链接脚本（Linker Script）为每一个函数分配一个固定的逻辑地址。假设Reset_Handler 函数被链接器定位到了 Flash 区域的 0x08000C00 这个地址。

那么，无论中断向量表放在哪里（向量表偏移），Reset_Handler 这个函数的本体，其物理位置就在 Flash 的 0x08000C00 处，不会移动。而向量表中的复位向量就永远指向0x08000C00 这个地址。

4.6 中断向量表：“程序入口” 的索引表

上文说过，中断向量表是一个地址列表，存储了复位向量、所有中断服务函数的入口地址。它位于启动介质的起始地址区域（如 Flash 的0x0800 0000处）。

它的结构（以 Cortex-M 内核为例）：

5 复位向量、Boot Loader 与启动文件详解

概要：Bootloader 和 APP 是两个工程，两个工程都有自己的启动文件。bootloader如果存在，就会先进bootloader的启动文件，然后到bootloader的main()函数，执行完bootloader的流程，然后跳转到APP的Reset_Handler，执行APP的启动文件，再进APP的main()函数。

5.1 STM32启动代码与Bootloader的关系

启动代码不是Bootloader的一部分，但Bootloader会包含自己的启动代码。

两者的区别：

特性

启动代码 (Startup Code)

Bootloader

目的

芯片基础初始化

应用程序管理、固件更新

位置

任何STM32程序都有

可选的独立程序

功能

栈初始化、变量初始化、时钟配置

跳转判断、固件验证、烧录逻辑

关系：Bootloader本身也是一个程序，它包含了自己的启动代码，用于初始化Bootloader运行所需的环境。Bootloader 和 APP 是两个工程。

5.2 用户自定义Bootloader的执行流程

典型的双程序区布局：

Flash布局 (0x08000000)
├── Bootloader区 (0x08000000 - 0x08007FFF)
│   ├── Bootloader的向量表
│   ├── Bootloader的启动代码
│   └── Bootloader的主逻辑
└── 应用程序区 (0x08008000 - ...)├── 应用程序的向量表（已偏移）├── 应用程序的启动代码└── 应用程序的主逻辑

Bootloader的启动执行过程：

阶段1：硬件自动执行
// 上电后硬件自动完成：
1. 从0x08000004读取复位向量 → Bootloader的Reset_Handler地址
2. 跳转到Bootloader的Reset_Handler

阶段2：Bootloader的启动代码执行
// startup_bootloader.s (Bootloader的启动文件)
Reset_Handler:/* 初始化栈和变量 */bl SystemInit           // 时钟配置bl main_bootloader      // 进入Bootloader主逻辑

阶段3：Bootloader主逻辑
// bootloader.c
int main_bootloader(void)
{/* 1. 硬件初始化 */init_uart();           // 串口通信init_flash();          // Flash驱动init_buttons();        // 按键检测/* 2. 检查是否需要进入升级模式 */if (check_update_condition()) {// 进入固件升级模式firmware_update_mode();}/* 3. 验证应用程序完整性 */if (validate_application()) {// 跳转到应用程序jump_to_application();} else {// 应用程序无效，停留在Bootloaderstay_in_bootloader();}
}

5.3 关键技术：从Bootloader跳转到应用程序

跳转函数的实现：

void jump_to_application(void)
{// 应用程序的起始地址（比如0x08008000）uint32_t app_address = 0x08008000;// 1. 获取应用程序的栈指针和复位向量uint32_t *app_vector_table = (uint32_t*)app_address;uint32_t app_sp = app_vector_table[0];    // 应用程序的栈指针uint32_t app_reset = app_vector_table[1]; // 应用程序的复位向量// 2. 重新初始化外设（避免Bootloader的影响）HAL_RCC_DeInit();HAL_DeInit();// 3. 关闭所有中断__disable_irq();// 4. 设置应用程序的向量表偏移SCB->VTOR = app_address;// 5. 设置应用程序的栈指针__set_MSP(app_sp);// 6. 跳转到应用程序的复位处理函数((void (*)(void))app_reset)();// 不会执行到这里
}

5.4 应用程序的特殊配置

为了让应用程序能在偏移地址运行，需要进行特殊配置：

链接脚本修改 (.ld文件)：

MEMORY
{FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08008000, LENGTH = 224K  /* 假设要将应用程序放在0x8008000 */RAM (xrw)  : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K
}

应用程序中设置向量表偏移并开启中断：

// 在SystemInit或main函数开始处
SCB->VTOR = FLASH_BASE | 0x8000;  // 设置向量表偏移到0x08008000
__disable_irq();                  // 开启中断

需要注意

  1. SCB->VTOR的配置必须放在HAL_Init()之前（如代码中USER CODE BEGIN 1处）。因为HAL_Init()会初始化 SysTick 定时器，若此时向量表未重定向，会使用 Bootloader 的 SysTick 中断服务函数，导致异常。

  2. Bootloader 跳转前可能会部分外设（如 RTC），APP 若需使用这些外设，需在MX_XXX_Init()后重新启用（如__HAL_RCC_RTC_ENABLE()）。

5.5 完整的启动序列

上电复位↓
硬件自动从0x08000004读取向量 → Bootloader的Reset_Handler↓
执行Bootloader启动代码↓
执行Bootloader主逻辑↓
判断是否需要更新固件↓
验证应用程序完整性↓
跳转到应用程序的Reset_Handler (0x08008004)↓
执行应用程序启动代码↓
执行应用程序main函数

5.6 总结：

  1. 启动代码是基础：每个STM32程序（包括Bootloader）都有自己的启动代码

  2. Bootloader是特殊程序：它运行在Flash起始位置，负责管理应用程序

  3. 跳转机制关键：通过修改VTOR寄存器实现从Bootloader到应用程序的平滑切换

  4. 应用程序需要适配：应用程序的链接地址和向量表都需要相应偏移

这种设计使得STM32可以实现IAP（在应用编程），支持固件远程升级等功能。

http://www.dtcms.com/a/415685.html

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