main函数之前都发生了什么？

STM32启动代码

编译器：keil MDK4.1

进入到嵌入式领域，main函数之前还有一段启动代码！

究竟在main函数之前，发生了什么？如果你觉得已经明白了这个过程，那么请试着回答这个问题：程序是存储到FLASH中的，运行时static变量地址是指向RAM，那么这些static变量的初始值是如何映射到RAM中的？

我们以STM32F10x的启动代码为例，先看看其完整的源码：

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)

NMI_Handler PROC

EXPORT NMI_Handler [WEAK]

B .

ENDP

HardFault_Handler\

PROC

EXPORT HardFault_Handler [WEAK]

B .

ENDP

MemManage_Handler\

PROC

EXPORT MemManage_Handler [WEAK]

B .

ENDP

BusFault_Handler\

PROC

EXPORT BusFault_Handler [WEAK]

B .

ENDP

UsageFault_Handler\

PROC

EXPORT UsageFault_Handler [WEAK]

B .

ENDP

SVC_Handler PROC

EXPORT SVC_Handler [WEAK]

B .

ENDP

DebugMon_Handler\

PROC

EXPORT DebugMon_Handler [WEAK]

B .

ENDP

PendSV_Handler PROC

EXPORT PendSV_Handler [WEAK]

B .

ENDP

SysTick_Handler PROC

EXPORT SysTick_Handler [WEAK]

B .

ENDP

Default_Handler PROC

EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]

EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TAMPER_IRQHandler [WEAK]

EXPORT RTC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]

EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI4_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel4_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel5_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel6_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA1_Channel7_IRQHandler [WEAK]

EXPORT ADC1_2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]

EXPORT CAN1_RX1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT CAN1_SCE_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI9_5_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM1_BRK_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM1_UP_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM1_TRG_COM_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM1_CC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM4_IRQHandler [WEAK]

EXPORT I2C1_EV_IRQHandler [WEAK]

EXPORT I2C1_ER_IRQHandler [WEAK]

EXPORT I2C2_EV_IRQHandler [WEAK]

EXPORT I2C2_ER_IRQHandler [WEAK]

EXPORT SPI1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT SPI2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USART1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USART2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USART3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI15_10_IRQHandler [WEAK]

EXPORT RTCAlarm_IRQHandler [WEAK]

EXPORT USBWakeUp_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM8_BRK_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM8_UP_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM8_TRG_COM_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM8_CC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT ADC3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT FSMC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT SDIO_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM5_IRQHandler [WEAK]

EXPORT SPI3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT UART4_IRQHandler [WEAK]

EXPORT UART5_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM6_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA2_Channel1_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA2_Channel2_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA2_Channel3_IRQHandler [WEAK]

EXPORT DMA2_Channel4_5_IRQHandler [WEAK]

WWDG_IRQHandler

PVD_IRQHandler

TAMPER_IRQHandler

RTC_IRQHandler

FLASH_IRQHandler

RCC_IRQHandler

EXTI0_IRQHandler

EXTI1_IRQHandler

EXTI2_IRQHandler

EXTI3_IRQHandler

EXTI4_IRQHandler

DMA1_Channel1_IRQHandler

DMA1_Channel2_IRQHandler

DMA1_Channel3_IRQHandler

DMA1_Channel4_IRQHandler

DMA1_Channel5_IRQHandler

DMA1_Channel6_IRQHandler

DMA1_Channel7_IRQHandler

ADC1_2_IRQHandler

USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler

USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler

CAN1_RX1_IRQHandler

CAN1_SCE_IRQHandler

EXTI9_5_IRQHandler

TIM1_BRK_IRQHandler

TIM1_UP_IRQHandler

TIM1_TRG_COM_IRQHandler

TIM1_CC_IRQHandler

TIM2_IRQHandler

TIM3_IRQHandler

TIM4_IRQHandler

I2C1_EV_IRQHandler

I2C1_ER_IRQHandler

I2C2_EV_IRQHandler

I2C2_ER_IRQHandler

SPI1_IRQHandler

SPI2_IRQHandler

USART1_IRQHandler

USART2_IRQHandler

USART3_IRQHandler

EXTI15_10_IRQHandler

RTCAlarm_IRQHandler

USBWakeUp_IRQHandler

TIM8_BRK_IRQHandler

TIM8_UP_IRQHandler

TIM8_TRG_COM_IRQHandler

TIM8_CC_IRQHandler

ADC3_IRQHandler

FSMC_IRQHandler

SDIO_IRQHandler

TIM5_IRQHandler

SPI3_IRQHandler

UART4_IRQHandler

UART5_IRQHandler

TIM6_IRQHandler

TIM7_IRQHandler

DMA2_Channel1_IRQHandler

DMA2_Channel2_IRQHandler

DMA2_Channel3_IRQHandler

DMA2_Channel4_5_IRQHandler

B .

ENDP

ALIGN

一些旁枝末节和本文的主题无关，我们先不要去理会，只需要知道这个启动代码是设置向量表，然后跳转到__main函数。跳转具体到代码段部分如下：

; Reset handler

Reset_Handler PROC

EXPORT Reset_Handler [WEAK]

IMPORT __main

IMPORT SystemInit

LDR R0, =SystemInit

BLX R0

LDR R0, =__main

BX R0

ENDP

当大家看到__main函数时，估计应该有不少人认为这个是main函数的别名或是编译之后的名字，否则在启动代码中再也无法找到和main相关的字眼了。可事实是，__main和main是完全两个不同的函数！如果这还不足以让你诧异，那么再告诉你另一个事实：你无法找到__main代码，因为这个是编译器自动创建的！

如果你对此还半信半疑，可以查看MDK的文档，会发现有这么一句说明：It is automatically created by the linker when it sees a definition of main()。简单点来说，当编译器发现定义了main函数，那么就会自动创建__main。

__main函数的出身我们基本搞清楚了，那么现在的问题是，它和main又有什么关系呢？其实__main主要做这么两件事：初始化C/C++所需的资源，调用main函数。初始化先暂时不说，但“调用main函数”这个功能能够让我们解决为什么之前的启动代码调用的是__main，最后却能转到main函数的疑惑。

初始化C/C++所需的资源，如果脱离了具体情况，实在很难解释清楚，还是先看看编译出来的汇编代码片段：

凡是以__rt开头的，都是用来初始化C/C++运行库的；而以__scatterload开头，则是根据离散文件的定义，将代码中的变量映射到相应的内存位置。而回答本文开头的问题，关键就在于__scatterload_copy函数！

我们在STM32F10x平台举个简单的例子，首先要明白一点是，该平台的的flash地址以0x08000000为起始，主要是存储代码；而SRAM是以0x20000000为起始，也就是内存。然后C/C++有这么一行代码：

static int g_iVal = 12;

当我们程序开始跑起来的时候，通过IDE发现，g_iVal被映射到内存地址0x20000000，数值为一个随机数0xFFFFBE00，而不是代码中设置的12，如图：

我们让程序继续往下执行，当执行完毕__scatterload_copy之后，我们发现g_iVal这时候已经变成我们所需要的初始值了：

接下来就是C/C++库的初始化，最后就是进入到main函数，而此时已经是万事俱备。

STM32与ARM启动代码比较

通常的启动代码结构:

1. 首先是中断向量表的定义.

Ø ARM

ARM代码在这块的代码为跳转语句，因为指令长度的限制，4个字节也就能放个跳转语就差不多了。通常两种实现方式:

1. B Reset_Handler

2. LDR PC, Reset_Handler

其实都是一个意思，跳转到真正实现Reset_Handler功能的地方去。ARM中断向量在这里总共有8条(复位、未定义、SWI、指令、数据异常、预留、IRQ、FIQ)，具体的当前中断类型，在IRQ或FIQ的中断实现里面判断，之后再转到对应的中断处理函数里面。

注意，仔细看，想一想，这里的中断向量处存放的是机器指令码。然而，STM在中断向量处存放的是实现中断功能的入口地址，而不是指令功能码。

Ø STM

正如上面所说，STM中断向量处存放的是目标地址。但是要注意的是，第一条中断向量存放的堆栈的地址，真正的传统意义上的中断向量从第二条开始。除此之外，STM的中断向量表很长，它不像ARM由IRQ或FIQ进行判断后再处理，而是将所有的中断处理函数入口地址全列在这里:

__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack

DCD Reset_Handler ; Reset Handler

DCD NMI_Handler ; NMI Handler

DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler

DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler

DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler

DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler

DCD 0 ; Reserved

DCD SVC_Handler ; SVCall Handler

DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler

DCD 0 ; Reserved

DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler

DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler

; External Interrupts

DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog

DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect

DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper

…………….

2. 中断函数的跳转实现

这块功能的实现依赖于编译器、链接器的功能，实现方法各不相同。

Ø ARM

CODE32

AREA Startup,CODE,READONLY

Vectors

LDR PC, ResetAddr

LDR PC, UndefinedAddr

LDR PC, SWI_Addr

LDR PC, PrefetchAddr

LDR PC, DataAbortAddr

B .

LDR PC, IRQ_Addr ;跳转至标号IRQ_Addr处

LDR PC, FIQ_Addr

ResetAddr DCD Reset

UndefinedAddr DCD Undefined

SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt

PrefetchAddr DCD PrefetchAbort

DataAbortAddr DCD DataAbort

Nouse DCD 0

IRQ_Addr DCD IRQ_Handler ; IRQ_Addr定义为IRQ_Handler地址

FIQ_Addr DCD FIQ_Handler

; IRQ_Handler在这里定义

IRQ_Handler

SUB SP, SP, #4

STMFD SP!, {R8-R9}

LDR R9, =INTOFFSET

LDR R9, [R9]

LDR R8, =HandleEINT0

ADD R8, R8,R9,LSL #2

LDR R8, [R8]

STR R8, [SP,#8]

LDMFD SP!,{R8-R9,PC}

注意上面的HandleEINT0标号,它是中断函数的入口首地址，加上当前中断编号的偏移值INTOFFSET。具体对应到哪里呢？看下面:

;这是定义(或者说预留)一个段指定位置开始的内存空间.

MAP (0x33FFBF00)

SysRstVector # 4

UdfInsVector # 4

SwiSvcVector # 4

InsAbtVector # 4

DatAbtVector # 4

ReservedVector # 4

IrqSvcVector # 4

FiqSvcVector # 4

HandleEINT0 # 4

HandleEINT1 # 4

HandleEINT2 # 4

HandleEINT3 # 4

HandleEINT4_7 # 4

….

实际上这里也可以理解为定义一个结构体变量，各个标号对应结构体的域，跟C语言不同的是，这里定义的结构体变量可以指定它在内存空间中的地址。

好了，如果当前来了一个IRQ类型的EINT3中断，按照上面的代码应该是跳转至以HandleEINT3这个域存储的值为地址处。那么HandleEINT3这个域里存储的值是什么呢?

下面的代码即可在C语言中定义了。

#define _ISR_STARTADDRESS 0x33FFBF00

#define pISR_EINT3 (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x2c))

pISR_EINT3 = (unsigned int)EINT3_Handler;

static void __irq EINT3_Handler(void)

{

}

Ø STM32

STM32中断处理实现跟ARM不一样。来看代码:

启动代码处的中断向量表(我们以EXTI0为例):

__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack

DCD Reset_Handler ; Reset Handler

DCD NMI_Handler ; NMI Handler

DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler

DCD MemManage_Handler ; MPU Fault Handler

DCD BusFault_Handler ; Bus Fault Handler

DCD UsageFault_Handler ; Usage Fault Handler

DCD 0 ; Reserved

DCD SVC_Handler ; SVCall Handler

DCD DebugMon_Handler ; Debug Monitor Handler

DCD 0 ; Reserved

DCD PendSV_Handler ; PendSV Handler

DCD SysTick_Handler ; SysTick Handler

; External Interrupts

DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog

DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect

DCD TAMPER_IRQHandler ; Tamper

DCD RTC_IRQHandler ; RTC

DCD FLASH_IRQHandler ; Flash

DCD RCC_IRQHandler ; RCC

DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0 中断发生时跳转至EXT0_IRQHandler地址处。@@@记住这条代码，下面以此处为例@@@

….

Default_Handler PROC

EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK]

EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK]

EXPORT TAMPER_IRQHandler [WEAK]

EXPORT RTC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT FLASH_IRQHandler [WEAK]

EXPORT RCC_IRQHandler [WEAK]

EXPORT EXTI0_IRQHandler [WEAK]

…..

WWDG_IRQHandler

PVD_IRQHandler

TAMPER_IRQHandler

RTC_IRQHandler

FLASH_IRQHandler

RCC_IRQHandler

EXTI0_IRQHandler

EXTI1_IRQHandler

….

B .

ENDP

这段是啥意思呢？这里是定义各个中断向量的处理函数处，所有列出来的中断向量处理函数地址一致，功能也是一致：原地跳转。

既然所有的中断处理函数功能一致，那它是如何跳转至用户定义在C语言中的中断处理函数的呢？答案是，如果用户没有在用户代码(C语言)中定义对应向量的中断处理函数，则实际起作用的真正的中断处理函数即为上面列出的原地跳转功能处。

它是如何实现的? 注意到在声明导出处理函数后面的[WEAK]了吗？它的功能由链接器实现：如果在别处也定义该标号(函数)，在链接时用别处的地址。如果没有其它定方定义，则以此处地址进行链接。

可能不太好理解，实际上是启动代码已经预定义了中断处理函数，它的功能很简单，就是原地跳转。只不过这块预定义的中断处理函数是否真正起作用，要看你是否在别处重定义了相同标号的中断处理函数。如果你已经重定义了，则以你重定义的中断处理函数为准。

以EXTI0中断为列，假设用户在自已的代码中配置好了EXTI0的中断，并且重定义了下面的EXTI0_IRQHandler函数，则链接器会以此函数地址进行链接。

void EXTI0_IRQHandler()

{

}

也就是在上面启动代码的@@@标注处(DCD EXTI0_IRQHandler)，会以用户重定义的EXTI0_IRQHandler()函数地址填入。

永不止步步发表于12-17 10:00 浏览65535次

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