一、什么是启动文件

无论是是何种 MCU，从简单的 51，MSP430，到 ARM9，ARM11，A7 都必须有启动文件，因为对于嵌入式开发，绝大部分情况都是使用 C 语言，而 C 语言一般都是从 main 函数开始，但是对于 MCU 来说，他是如何找到并执行 main 函数的，就需要用到“启动文件”，就是各种 startup_xxxx.s 文件。启动文件是使用机器认识的汇编语言，经过一些必要的配置，最终能够调用 main 函数，使得用户程序能够在 MCU 上正常运行起来的必备文件。

二、STM32 的启动方式

我在另一篇博文中有介绍过 STM32 的启动方式 :参考博文：STM32的内存管理相关（内存架构，内存管理，map文件分析)

Cortex-M3 内核规定，起始地址必须存放栈顶指针，而第二个地址则必须存放复位中断入口向量地址，这样在 Cortex-M3 内核复位后，会自动从 起始地址的下一个 32 位空间 取出复位中断入口向量，跳转执行复位中断服务程序。Cortex-M3 内核固定了中断向量表的位置, 但是起始地址是可变化的。

三、启动文件分析（MDK 环境）

这篇文章我们通过分析 STM32 的 startup_xxxx.s 文件，来了解 STM32 的启动过程，

注意，本文以 MDK 环境下的 startup_stm32xxxx.s 为模板讲解，不同编译器下的启动文件不同。

但是所做的工作都是一样的：

1. 设置堆栈指针 SP = _initial_sp

2. 设置 PC 指针 = Reset_Handler

3. 配置系统时钟

4. 配置外部 SRAM 用于程序变量等数据存储（可选）

5. 调用 C 库的 _main 函数，最终调用 main 函数

3.1 开辟栈空间和堆空间

代码的开始，就是开辟栈空间，用于局部变量，函数调用，函数参数等。

上图一些说明（截图忘了把行号带上= =！ 凑合看，后面带上）：

• EQU 是伪指令。伪指令的意思是指这个 “指令” 并不会生产二进制程序代码，也不会引起变量空间分配。

• ARER 后面的关键字表示这个段的属性：STACK ： 表示这个段的名字，可以任意命名。NOINIT： 表示此数据段不需要填入初始数据。READWRITE：表示此段可读可写。ALIGN=3： 表示首地址按照 2 的 3 次方对齐，所以栈空间是 8 字节对齐的

• SPACE 给 STACK 段分配 Stack_Size 的空间。

• __initial_sp 只是一个标号，标号主要用于表示一片内存空间的某个位置，等价于 C 语言中的“地址”概念。地址仅仅表示存储空间的位置。此处的 __initial_sp 紧接着 SPACE 语句放置，表示了栈顶地址。

接下来是开辟堆空间，主要用于动态内存分配，使用 malloc，calloc 等函数分配的变量空间是在堆上的。

这段的理解和上面分配栈空间类似。堆的大小为 0x200。

堆和栈的属性都是 READWRITE 可读写，可读写段保存于 SRAM 区，即地址 0x2000 0000 地址后。

3.2 中断向量表部分

下面要准备建立中断向量表：

• 上图中的 AREA 定义了一段名为 RESET 的 READONLY 只读数据段，只读属性保存在 Flash 区（如果 STM32 从 Flash 启动，则此中断向量表的地址为 0x0800 0000）

• 最后 EXPORT 指令，是使得 标号 可以被外部文件调用对应的有个 IMPORT 指令，指示后续符号是在外部文件定义的，外部文件的函数供汇编文件调用

• 标号__Vectors，表示中断向量表入口地址标号 __Vectors_End，表示中断向量表的结束地址标号__Vectors_Size，表示中断向量表的大号

开始建立中断向量表：

中间中断向量省略。。。。。。。

• DCD 指令：作用是开辟一段空间，其意义等价于 C 语言中的地址符 “&” 。中断向量表的建立类似于使用 C 语言定义了一个指针数组，其每一个成员都是一个函数指针，分别指向各个中断服务函数。

3.3 Reset_Handler 系统启动

系统上电或者复位后首先执行的代码就是复位中断服务函数 Reset_Handler：

• 图中的 Reset_Handler 中断服务函数使用了 WEAK 申明，说明我们在外部可以自定义 Reset_Handler 函数

• PROC、ENDP 这一对伪指令把程序分为若干个过程，是程序结构更加清晰

• _main 标号表示 C/C++标准实时库函数里的一个初始化子程序 _main 的入口地址。该程序的一个主要作用是初始化堆栈（跳转_user_initial_stackheap 标号进行初始化堆栈），并初始化映像文件，最后跳转到 C 程序中的 main 函数。这也正解释了为什么所有的 C 程序必须有一个 main 函数作为程序的起点，因为这是由 C/C++标准实时库所规定的。

3.4 中断服务程序

中间中断服务程序省略。。。。。。。

中间中断服务程序省略。。。。。。。

上面的这些不管是系统的中断服务程序还是外设的中断服务程序，都是_WEAK 申明，其实我们写中断服务函数的时候，都会自己实现，比如 F1 中，我们在stm32f1xx_it.c文件中实现使用到的中断服务函数：

3.5 初始化堆栈

文件最后就是堆栈的初始化工作：

四、启动文件分析（GCC 环境）

GCC 环境下 STM32 的启动出除了需要 startup_xxxx.s 文件，还需要一个链接文件 .ld 文件：

我们以上图中的工程文件为例来说明，平台 STM32L051C8T6，为了与上面 MDK 下的有对应关系，我们还是尽量按照上面的顺序来。

因为有了上面的介绍，很多东西看起来就简单多了，所以主要是以图片形式把一些重要的地方给予说明。

4.1 .ld 链接文件

先从STM32L051C8Tx_FLASH.ld 文件来看，链接文件主要制定了入口函数，堆栈大小和数据段的整体布局。

4.1.1 开辟栈空间和堆空间

指定入口地址，开辟栈空间和堆空间：

4.1.2 指定布局

指定各数据段的布局：

4.2 .S 文件

注意下面说明的行号，都是按照顺序从上往下说明的。

4.2.1 基本说明

startup_stm32l051xx.s开头部分是基本说明：

4.2.2 Reset_Handler

Reset_Handler 是程序最开始执行的地方，设置栈顶指针，：

4.2.3 将 data 段从 flash 移动到 ram

上面的 Reset_Handler 跳转过来执行的事情，就是搬运 data 段，处理 bss 段的事情：

上面为什么要搬运，不懂的可以参考博文：

STM32的内存管理相关（内存架构，内存管理，map文件分析）

想要完全看懂，一些基本的汇编语言的意思可以参考博文：

ARM 内核寄存器 和 基本汇编语言讲解

4.2.4 跳转到 SystemInit 和 main

回过头来看一下前面讲到的启动文件所做的工作：

1. 设置堆栈指针 SP = _initial_sp

2. 设置 PC 指针 = Reset_Handler

3. 配置系统时钟

4. 配置外部 SRAM 用于程序变量等数据存储（可选）

5. 调用 C 库的 _main 函数，最终调用 main 函数

最终这里也是跳转到了 main 函数：

4.2.5 中断向量表部分