从芯片架构到stm32

一．stm32的发展历程
1.芯片领域三大架构

和stm32有啥关系？别急！

2.ARM架构发展历程

注：

1>ARM公司在经典的ARM11以后的产品改用cortex命名，并分为A,R和M三类（针对不同市场需求），cortex系列属于ARMv7架构，ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列对微控制器。我们所用的stm32就属于M系列

2>以stm32F103为例，就是属于ARMv7架构，cortex-M系列下的M3核

3.ST公司及产品线

上面我们也说了，ARM公司只负责设计不负责生产芯片。stm32是ST公司生产的芯片。

简介：

意法半导体（ST）集团于1987年成立，是由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON MICroelectronics将公司名称改为意法半导体有限公司。

产品线：

二．ARM处理器框图

注：流水线技术通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间，提高处理器的效率和吞吐率。简单来说，执行某条指令至少要通过取指、译码、执行三个步骤。

1.第一周期，PC指向指令1，此时指令1进入流水线取指阶段

2.第二周期，PC指向指令2，此时进入译码阶段，同时取出指令2

3.第三周期，PC指向指令3，此时进入执行阶段，同时指令2进入译码阶段，指令3取指

4.第四周期，指令1执行完成，指令2和三同时推进一级，开始指令4取指。。

就想水一样，一级级推进。

三．Stm32 存储器映射（详细地址可查看stm32 datasheet）

四．stm32编译流程
在我们平时stm32的开发中，一般都是使用keil和IAR等集成开发环境，整个的编译过程其实我们并不理解，一些配置也是按照流程进行配置，一些参数为什要这么配置？一些文件为什么要添加？其实有时我们是并不太清楚的。

这里先说一下，stm32的一个编译下载过程。

我们的平时开发中，可能就是写好.c文件，点下编译后，生成了.hex文件，然后通过j-flash将程序下载到芯片中。

那么图中的.s文件，.ld文件我们有用到吗？？用的什么编译工具链。

1.其实我们在做芯片移植的时候，一般还要更改一个.s文件，它就是启动文件，下面一会说启动流程的时候详细说。

它长这样。

2. .ld文件是链接脚本，用来将多个.o链接起来的，我们在建工程后会有默认的链接脚本。在keil中也可以进行更改

Project -> Options for Target ... -> linker

3.我们的编译工具链也是可以更改的，

Project -> Manage-> Components ... -> Folders/Extensions

五．stm32上电启动流程
我们正常在开发的时候，都是从main函数开始进行编程的，但是上电是从main函数开始执行的吗？答案当然是否定的。

1.STM32三种启动方式

STM32有三种启动模式，通过设置BOOT0和BOOT1的引脚电平状态，来选择复位后的启动模式。

需要注意的是STM32上电复位以后，代码区都是从0x00000000开始的，三种启动模式只是将各自存储空间的地址映射到0x00000000中。

1）从Flash启动，将Flash地址0x08000000映射到0x00000000，这样启动以后就相当于从0x08000000开始的，这是我们最常用的模式；

2）从SRAM启动，将SRAM地址0x20000000映射到0x00000000，这样启动以后就相当于从0x20000000开始的，用于调试；

3）从系统存储器启动，将系统存储器地址0x1FFFF000映射到0x00000000，这样启动以后就相当于从0x1FFFF000开始执行的，值得注意的是这个系统存储器里面存储的其实是STM32自带的Bootloader代码，这其实是一个官方的IAP，它提供了可以通过UART1接口将用户的代码下载到Flash中的功能，下载完以后再切换到从Flash中启动就可以正常运行了。

注：这里其实有个不太好理解的点。

我们在STM32的Flash在MDK里被设置为起始地址0x08000000，而CM3手册规定芯片复位时要从0x00000000地址开始取出中断向量。是不是我们可以将地址改到0地址呢？？这样问题不就解决了。

答案是不行的，STM32设计的Flash起始地址是在0x0800 0000位置开始的。全部代码都只能从这里开始存储。

CM3中规定上电后CPU是从0地址开始执行，但是这里中断向量表却被烧写在0x0800 0000地址里，那启动时不就找不到中断向量表了？既然CM3定下的规矩是从0地址启动，SMT32当然不能破坏ARM定下的“规矩”，所以它做了一个启动映射的过程。

当选择从主Flash启动模式后，芯片一上电，Flash的0x0800 0000地址被映射到0地址处，不影响CM3内核的读取，所以这时的CM3既可以在0地址处访问中断向量表，也可以在0x0800 0000地址处访问中断向量表，而代码还是在0x0800 0000地址处存储的。

2.以FLASH启动的方式从上电到main函数之间的这段时间都做了什么？？

直接打开我们的startup_stm32f10x_md.s看一下就知道了，它也给了相关描述。

总的执行流程如下所示：

1）第一步是硬件设置SP、PC,设置中断向量表

初始化堆栈指针SP=_initial_sp

_initial_sp的值是怎么得到的呢？这是根据STM32的SRAM分配规则计算的，SRAM从规定的地址开始分别存储已初始全局和静态变量、未初化全局和静态变量、堆、栈，其中变量的长度是你写程序后就固定了，堆和栈的长度则是在启动代码中定义的，那么把它们加起来就会得于_initial_sp的值，编译后，_initial_sp就被替代为上述计算好的地址。

初始化PC指针=Reset_Handler

设置中断向量表：

下面是.s文件中部分截图：（stm32的有哪些异常可以查看数据手册）

注：Cortex-M3内核规定，起始地址必须存放堆栈指针，而第二个地址必须存放复位中断入口向量地址（是32位地址不是跳转指令），这样在内核复位后，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

这里的起始地址是0x00000000而不是0x80000000上面已经说明。

程序在用户Flash上的结构如下图所示：

初始化数据段　　　　　　　.data

未初始化数据段　　　　　　.bss 

加载数据段和初始化栈的参数（各4个）

2)第三步是设置系统时钟

我们发现运行到了SystemInit，在项目文件的system_stm32f10x.c里面可以找到SystemInit函数，也就是初始化系统时钟了。

3)第三步是__main（初始化用户堆栈）

到这里大家可能会以为已经到了main函数了，其实不是这样的。___main和main是不一样的，我们寻找这个___main会发现找不到，startup文件里面没有，map文件里面也没有。其实它是在MDK自带的库里面了，主要的功能是软件加载.data.bss并初始化栈区。

注：第一步中只是将_initial_sp值存入了SP寄存器，只是一个栈顶指针，但堆的大小和栈的大小并没有初始化，所以在_main中要把在启动文件中定义好的值传给C库进行堆栈大小的初始化。无论是带系统的，还是裸机程序，都要管理堆栈的大小，这就是会产生堆栈溢出的原因。

4）在执行到___main的最后就跳转到了C文件的main函数了。