10 stm32启动文件中定义的中断向量表被放在主FLASH的哪个位置？

发布于 2024-04-30 15:36:00 浏览：500 订阅该版

聚散无由 2024-05-01

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可以看我写的[程序编译、下载、运行过程分析](https://jswyll.com/note/iap/#1-%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E7%BC%96%E8%AF%91%E3%80%81%E4%B8%8B%E8%BD%BD%E3%80%81%E8%BF%90%E8%A1%8C%E8%BF%87%E7%A8%8B%E5%88%86%E6%9E%90)，示例代码在 <https://gitee.com/jswyll_com/iap> 的STM32F103_test。照着代码，使用AC6编译器，看看map文件可以知道各个部分的程序最终放到了哪里。可以用VS Code（安装扩展：Intel HEX format）打开编译输出的.hex文件看看最终下载到STM32的程序的机器码是怎样的。

1. 芯片制造时就定好了FLASH、RAM等的地址，例如STM32F103系列，查看[Programming Manual RM0056](https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f103c8.pdf)Memory map。STM32F1可以从用户FLASH（地址0x08000000），SRAM（地址0x20000000），内部固定FLASH的FLASH（地址0x00000000）启动，通过启动时BOOT0、BOOT1引脚的电平控制。一般都是从用户FLASH启动，所以程序会下载到地址0x08000000。对于STM32 HAL库，中断向量表通常在[system_stm32f1xx.c](https://gitee.com/jswyll_com/iap/blob/master/STM32F103_test/Src/system_stm32f1xx.c)文件中的`SCB->VTOR`设置。

2. 流程分析：

1. 编译：展开头文件、宏定义，检查各个源文件的语法，每个.c文件都编译成同名的.o文件
    2. 链接：把全部.o拼起来，例如在A文件调用了一个A文件里没有定义的函数，其它文件真的有吗？在MDK中，这个过程生成了.axf文件；在GCC类的编译器中，生成.elf文件。生成的文件包含了函数程序、变量的地址等等信息，类似.map文件所表示的信息。
    3. 拷贝：将上一步生成的文件转为机器码（函数、变量、常量等等），一般转成.hex文件，它可以表示烧录到芯片的对应地址的机器码，一个地址存储一个字节。具体点？参考[目标程序](https://jswyll.com/note/iap/#%E7%9B%AE%E6%A0%87%E7%A8%8B%E5%BA%8F)。
    4. 下载：下载器及下载器的辅助程序解析上一步的文件所表示的信息，请求将机器码下载（烧录）到指定的地址。芯片本身有那样的接口（调试单元）来接收下载器的信息并执行。

所以，链接文件控制的是链接时把函数、变量等放置的地址。在链接完成时，生成的文件已经记录了函数、变量等的地址，链接文件已经完成它的任务了。链接生成的文件没有链接文件，拷贝时生成的.hex文件跟链接文件更没有（直接的）关系了。下载器按照.hex文件所表示的地址及其数据请求下载到芯片中，如果地址无效、非法，芯片的调试单元会拒绝，下载器的辅助程序报错，不是“乖乖的”。

3. 下载过程可以理解为：下载器（及电脑上下载器的辅助程序）控制芯片进入调试模式；下载器解析文件；下载器读取.hex文件，按一定的大小逐次发起下载请求；下载完成，可以配置下载器复位运行芯片。一般下载到FLASH，断电不丢失。

4. 芯片运行程序，此时跟链接文件没有直接关系了。例如，链接文件使链接时把有初始值的全局变量（.data段）放在一块，并记录起始地址和段的大小（或记录起始地址和结束地址）及其（在RAM中的）目标起始地址，__main函数的程序负责根据这几个信息把FLASH中的.data段拷贝到RAM中。

5. 链接文件在.text段的存在形式？这个用像RT-Thread Studio这类使用GCC编辑器的更好解释些。还是以有初始值的全局变量为例，编译生成的.o会将代码转为对应的标志，例如在代码中定义的`uint32_t g_RW_data = 0x789ABCDE;`会生成一个名称为`.data.g_RW_data`、大小为4字节的标志。GCC链接脚本的相关部分如下：

```
    /* FLASH和RAM的地址及其大小 */
    MEMORY
    {
      RAM (xrw)      : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 64K
      FLASH (rx)     : ORIGIN = 0x8010000, LENGTH = 256K
    }

/* Define output sections */
    SECTIONS
    {
      .data : 
      {
        _sdata = .;        /* create a global symbol at data start */
        *(.data)           /* .data sections */
        *(.data*)          /* .data* sections */
        _edata = .;        /* define a global symbol at data end */
      } >RAM AT> FLASH
    }
    ```

这段表示.data段存储在FLASH中，运行时需要放在RAM里。根据链接脚本，链接时链接器按照某种规则为.data段安排一个在RAM中的起始地址（RAM里还是其它段嘛）存储在某个标志（假设是_data_start）；然后选取所有.data和以.data开头的标志放到.data段里，将.data段在FLASH的起始地址存储在_sdata标志，将末尾地址存在_edata标志。

如果用C语言表示__main函数里关于这部分的程序：

```c
    #include <string.h>
    memcpy(_data_start, _sdata, _edata - _sdata);
    ```

6. MDK中一个常见的链接脚本如下：

```
    ; 加载地址（下载地址）及大小
    LR_IROM1 0x08000000 0x00004000  {

; 执行地址1及大小
      ER_IROM1 0x08000000 0x00004000  {
    
        ; 暂且不管
        *.o (RESET, +First)
        ; 暂且不管
        *(InRoot$$Sections)

; 只读数据，例如函数、常量
        .ANY (+RO)

; 只执行数据，例如函数
        .ANY (+XO)
      }

; 执行地址2及大小
      RW_IRAM1 0x20000000 0x00001800  {
        ; 可读可写的数据（例如有初始值的全局变量+初始值为0的全局变量）
        .ANY (+RW +ZI)
      }
    }
    ```

原理是相似的。要先区分stack、heap、bss、data、text、rodata的区别，以及为什么要分成这几大段。简单来说，因为FLASH是（在正常运行时）只读的，所以text和rodata放在FLASH就可以；全局变量data和bss是可读可写的，所在要放在RAM里；但RAM断电数据就丢失了，所以data在下载到FLASH，在每次复位运行时复制到RAM去（什么？你问为什么不造一个即可读写又能断电存储的？因为成本高、体积大...）；RAM的内存很有限，而且函数中的局部变量只在调用期间有效，所以用stack（栈，默认是1KB）来实现临时使用和释放，编译器可以自动为我们处理好关于这部分的程序；有些变量只在一定的时间内有效，所以用heap（堆，由程序员手动分配和释放）。

7. 回到第1个问题，看我提供的链接可以看到：0x08000000\~0x08000004存储了栈顶地址；中断向量表存储在0x08000004\~0x080000ec，共58个向量。system_stm32f1xx.c文件中的`SCB->VTOR = 0x08000000`告诉芯片中断向量表的位置（`SCB->VTOR`实际上是栈顶地址的位置）。为什么放在那里？因为一般通过启动时BOOT0、BOOT1引脚的电平控制芯片从0x08000000地址启动，根据ARM Cortex-M3架构，芯片取启动地址的前4个字节作为栈顶地址；然后取启动地址的第二个4字节（0x08000004~0x08000007）向量所指向的地址（0x08000101），跳转到这个地址（Reset_Handler函数）开始执行程序。