關(guān)于STM32的啟動流程，網(wǎng)上有的資料在討論幾種boot模式，有的在回答啟動文件的內(nèi)容，在查閱了很多資料后，本文給出一個比較全面的總結(jié)和回答。

1. 根據(jù)boot引腳決定三種啟動模式

復(fù)位后，在 SYSCLK 的第四個上升沿鎖存 BOOT 引腳的值。BOOT0 為專用引腳，而 BOOT1 則與 GPIO 引腳共用。一旦完成對 BOOT1 的采樣，相應(yīng) GPIO 引腳即進(jìn)入空閑狀態(tài)，可用于其它用途。BOOT0與BOOT1引腳的不同值指向了三種啟動方式：

1）從主Flash啟動。主Flash指的是STM32的內(nèi)置Flash。選擇該啟動模式后，內(nèi)置Flash的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼將在該處開始執(zhí)行。一般我們使用JTAG或者SWD模式下載調(diào)試程序時，就是下載到這里面，重啟后也直接從這啟動。

2）從系統(tǒng)存儲器啟動。系統(tǒng)儲存器指的是STM32的內(nèi)置ROM，選擇該啟動模式后，內(nèi)置ROM的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼在此處開始運(yùn)行。ROM中有一段出廠預(yù)置的代碼，這段代碼起到一個橋的作用，允許外部通過UART/CAN或USB等將代碼寫入STM32的內(nèi)置Flash中。這段代碼也被稱為ISP(In System Programing)代碼，這種燒錄代碼的方式也被稱為ISP燒錄。關(guān)于ISP、ICP和IAP之間的區(qū)別將在后續(xù)章節(jié)中介紹。

3）從嵌入式SRAM中啟動。顯然，該方法是在STM32的內(nèi)置SRAM中啟動，選擇該啟動模式后，內(nèi)置SRAM的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼在此處開始運(yùn)行。這種模式由于燒錄程序過程中不需要擦寫Flash，因此速度較快，適合調(diào)試，但是掉電丟失。

總結(jié)：上面的每一種啟動方式我都描述了“xxx的起始地址被重映射到了0x00000000地址，從而代碼從xxx開始啟動”，如下圖是STM32F4xx中文參考手冊中的圖，可以看到類似的表述。同時，在下圖中也展示了STM32F4xx中統(tǒng)一編址下，各內(nèi)存的地址分配，注意一點(diǎn)，即使相應(yīng)的內(nèi)存被映射到了0x00000000起始的地址，通過其原來地址依然是可以訪問的。

2. 啟動后bootloader做了什么？

根據(jù)BOOT引腳確定了啟動方式后，處理器進(jìn)行的第二大步就是開始從0x00000000地址處開始執(zhí)行代碼，而該處存放的代碼正是bootloader。

bootloader，也可以叫啟動文件，無論性能高下，結(jié)構(gòu)簡繁，價格貴賤，每一種微控制器(處理器)都必須有啟動文件，啟動文件的作用便是負(fù)責(zé)執(zhí)行微控制器從“復(fù)位”到“開始執(zhí)行main函數(shù)”中間這段時間(稱為啟動過程)所必須進(jìn)行的工作。最為常見的51，AVR或MSP430等微控制器當(dāng)然也有對應(yīng)啟動文件，但開發(fā)環(huán)境往往自動完整地提供了這個啟動文件，不需要開發(fā)人員再行干預(yù)啟動過程，只需要從main函數(shù)開始進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)即可。同樣，STM32微控制器，無論是keiluvision4還是IAR EWARM開發(fā)環(huán)境，ST公司都提供了現(xiàn)成的直接可用的啟動文件。

網(wǎng)上有很多資料分析了STM32的啟動文件的內(nèi)容，在此我只進(jìn)行簡單的表述。啟動文件中首先會定義堆棧，定義中斷/異常向量表，而其中只實(shí)現(xiàn)了復(fù)位的異常處理函數(shù)Reset_Handler，該函數(shù)內(nèi)容如下(STM32F4XX，IAR編譯器)，可以看到其主要執(zhí)行了SystemInit和__iar_program_start兩個函數(shù)，其主要功能除了初始化時鐘，F(xiàn)PU等，還會執(zhí)行一個重要功能，那就是內(nèi)存的搬移、初始化操作。這是我想重點(diǎn)介紹的內(nèi)容，同時也會回答一個疑問，就是如果從Flash啟動的話，代碼究竟是運(yùn)行在哪兒的？在我之前接觸ARM9、CortexA系列的時候，一般都是把代碼搬到內(nèi)部的SRAM或者外部DDR中執(zhí)行的，STM32是如何呢？答案下一小節(jié)揭曉。

3. bootloader中對內(nèi)存的搬移和初始化

本節(jié)針對程序在內(nèi)置Flash中啟動的情況進(jìn)行分析。

我們知道燒錄的鏡像文件中包含只讀代碼段.text，已初始化數(shù)據(jù)段.data和未初始化的或者初始化為0的數(shù)據(jù)段.bss。代碼段由于是只讀的，所以是可以一直放在Flash中，CPU通過總線去讀取代碼執(zhí)行就OK，但是.data段和.bss段由于會涉及讀寫為了，為了更高的讀寫效率是要一定搬到RAM中執(zhí)行的，因此bootloader會執(zhí)行很重要的一步，就是會在RAM中初始化.data和.bss段，搬移或清空相應(yīng)內(nèi)存區(qū)域。

因此我們知道，當(dāng)啟動方式選擇的是從內(nèi)置Flash啟動的時候，代碼依舊是在Flash中執(zhí)行，而數(shù)據(jù)則會被拷貝到內(nèi)部SRAM中，該過程是由bootloader完成的。bootloader在完成這些流程之后，就會將代碼交給main函數(shù)開始執(zhí)行用戶代碼。

• 現(xiàn)在讓我們思考一個問題，PC機(jī)在運(yùn)行程序的時候?qū)⒊绦驈耐獯妫ㄓ脖P）中，調(diào)入到RAM中運(yùn)行，CPU從RAM中讀取程序和數(shù)據(jù)；而單片機(jī)的程序則是固化在Flash中，CPU運(yùn)行時直接從Flash中讀取程序，從RAM中讀取數(shù)據(jù)，那么PC機(jī)能從Flash之類的存儲介質(zhì)中直接讀代碼執(zhí)行嗎？

• 答案是不行。因?yàn)閤86構(gòu)架的CPU是基于馮.諾依曼體系的，即數(shù)據(jù)和程序存儲在一起，而且PC機(jī)的RAM資源相當(dāng)豐富，從幾十M到幾百M(fèi)甚至是幾個G，客觀上能夠承受大量的程序數(shù)據(jù)。但是單片機(jī)的構(gòu)架大多是哈弗體系的，即程序和數(shù)據(jù)分開存儲，而且單片的片內(nèi)RAM資源是相當(dāng)有限的，內(nèi)部的RAM過大會帶來成本的大幅度提高。

4. ISP、IAP、ICP三種燒錄方式

雖然這個小節(jié)稍稍偏題，但是由于上面在3中啟動方式中介紹過了ISP燒錄，因此一并在此介紹剩下的兩種燒錄方式。

1）ICP(In Circuit Programing)。在電路編程，可通過CPU的Debug Access Port 燒錄代碼，比如ARM Cortex的Debug Interface主要是SWD(Serial Wire Debug)或JTAG(Joint Test Action Group)；

2）ISP(In System Programing)。在系統(tǒng)編程，可借助MCU廠商預(yù)置的Bootloader 實(shí)現(xiàn)通過板載UART或USB接口燒錄代碼。

3）IAP(In Applicating Programing)。在應(yīng)用編程，由開發(fā)者實(shí)現(xiàn)Bootloader功能，比如STM32存儲映射Code分區(qū)中的Flash本是存儲用戶應(yīng)用程序的區(qū)間（上電從此處執(zhí)行用戶代碼），開發(fā)者可以將自己實(shí)現(xiàn)的Bootloader存放到Flash區(qū)間，MCU上電啟動先執(zhí)行用戶的Bootloader代碼，該代碼可為用戶應(yīng)用程序的下載、校驗(yàn)、增量/補(bǔ)丁更新、升級、恢復(fù)等提供支持，如果用戶代碼提供了網(wǎng)絡(luò)訪問功能，IAP 還能通過無線網(wǎng)絡(luò)下載更新代碼，實(shí)現(xiàn)OTA空中升級功能。

4）IAP和ISP 的區(qū)別。

a、ISP程序一般是芯片廠家提供的。IAP一般是用戶自己編寫的

b、ISP一般支持的燒錄方式有限，只有串口等。IAP就比較靈活，可以靈活的使用各種通信協(xié)議燒錄

c、isp一般需要芯片進(jìn)行一些硬件上的操作才行，IAP全部工作由程序完成，不需要去現(xiàn)場

d、isp一般只需要按格式將升級文件通過串口發(fā)送就可以。IAP的話控制相對麻煩，如果是OTA的話還需要編寫后臺的。

e、注意，這里介紹的bootloader功能顯然跟之前介紹的啟動文件bootloader有所區(qū)別，其目的是為了能接受外部鏡像進(jìn)行燒錄，而不是為了運(yùn)行普通用戶程序。

來源：嵌入式電子

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審核編輯 黃宇