深度长文:STM32是如何软硬件结合,编译后怎么样一步步运行起来的
来源:网路素材
软硬件结合
寻址空间
大家应该都知道,我们的电脑有32位系统和64位系统之分,为什么呢?因为32位系统,PC指针就是一个32位的二进制数,也就是0xffffffff,范围只有4G寻址空间。现在内存越来越大,4G根本不够,所以需要扩展,为了能访问超出4G范围的内存,就有了64位系统。STM32是多少位的?是32位的,因此PC指针也是32位,寻址空间也就是4G。
最左边,8个block,每个block 512M,总共就是4G,也就是芯片的寻址空间。
block 0 里面有一段叫做FLASH,也就是内部FLASH,我们的程序就是下载到这个地方,起始地址是0X800 0000,大家注意,这个只有1M空间。现在STM32已经有2M flash的芯片了,超出1M的FLASH放在哪里呢?请自行查看对应的芯片手册。
3 在block 1 内,有两段SRAM,总共128K,这个空间,也就是我们前面说的内存,存放程序使用的变量。如果需要,也可以把程序放到SRAM中运行。407不是有196K吗?
其实407有196K内存,但是有64k并不是普通的SRAM,而是放在block 0 内的CCM。这两段区域不连续,而且,CCM只能内核使用,外设不能使用,例如DMA就不能用CCM内存,否则就死机。
block 2,是Peripherals,也就是外设空间。我们看右边,主要就是APB1/APB2、AHB1/AHB2,什么东西呢?回头再说。
block 3、block4、block5,是FSMC的空间,FSMC可以外扩SRAM,NAND FALSH,LCD等外设。
GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
GPIOx->BSRRL = GPIO_Pin;
}
assert_param:这个是断言,用于判断输入参数是否符合要求GPIOx是一个输入参数,是一个GPIO_TypeDef结构体指针,所以,要用->获取其成员
/*!< Peripheral memory map */
u32 i;
i = 0x55aa55aa;
寄存器,其实应该是内存的统称,外设寄存器应该叫做特殊寄存器。慢慢的,所有人都把外设的叫做寄存器,其他的统称内存或RAM。寄存器为什么能控制硬件外设呢?因为,初略的说,一个寄存器的一个BIT,就是一个开关,开就是1,关就是0。通过这个电子开关去控制电路,从而控制外设硬件。
纯软件-包罗万象的小程序
分析启动代码
函数从哪里开始运行?
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
EXPORT __Vectors_End
EXPORT __Vectors_Size
__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
其实这个文件功能很强大,通过修改这个文件可以配置程序的很多功能,例如:1 指定FLASH跟RAM的大小于起始位置,当我们把程序分成BOOT、CORE、APP,甚至进行驱动分离的时候,就可以用上了。2 指定函数与变量的位置,例如把函数加载到RAM中运行。
第6行 ER_IROM1 0x08000000 0x00080000定义了ER_IROM1,也就是我们说的内部FLASH,从0x08000000开始,大小0x00080000。
第7行.o (RESET, +First)从0x08000000开始,先放置一个.o文件, 并且用(RESET, +First)指定RESET块优先放置,RESET块是什么?请查看启动代码,中断向量就是一个AREA,名字叫RESET,属于READONLY。这样编译后,RESET块将放在0x08000000位置,也就是说,中断向量就放在这个地方。DCD是分配空间,4字节,第一个就是__initial_sp,第二个就是Reset_Handler函数指针。也就是说,最后编译后的程序,将Reset_Handler这个函数的指针(地址),放在0x800000+4的地方。所以芯片在复位的时候,就能找到复位函数Reset_Handler。
第8行 *(InRoot$$Sections)什么鬼?GOOGLE啊!回头再说。
第9行 .ANY (+RO)意思就是其他的所有RO,顺序往后放。就是说,其他代码,跟着启动代码后面。
第11行 RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000定义了RAM大小。
第12行 .ANY (+RW +ZI)所有的RW ZI,全部放到RAM里面。RW,ZI,也就是变量,这一行指定了变量保存到什么地址。
分析用户代码
int main(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
this is done through SystemInit() function which is called from startup
files before to branch to application main.
To reconfigure the default setting of SystemInit() function,
refer to system_stm32f4xx.c file */
/* SysTick end of count event each 10ms */
RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks);
SysTick_Config(RCC_Clocks.HCLK_Frequency / 100);
/* Add your application code here */
/* Insert 50 ms delay */
Delay(5);
/*初始化LED IO口*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
/* Infinite loop */
mcu_uart_open(3);
while (1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3);
Delay(100);
GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3);
Delay(100);
mcu_uart_test();
TestFun(TestTmp2);
}
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
u32 TestTmp1 = 5;//全局变量,初始化为5
u32 TestTmp2;//全局变量,未初始化
const u32 TestTmp3[10] = {6,7,8,9,10,11,12,13,12,13};
u8 TestFun(u32 x)//函数,带一个参数,并返回一个u8值
{
u8 test_tmp1 = 4;//局部变量,初始化
u8 test_tmp2;//局部变量,未初始化
static u8 test_tmp3 = 0;//静态局部变量
test_tmp3++;
test_tmp2 = x;
if(test_tmp2> TestTmp1)
test_tmp1 = 10;
else
test_tmp1 = 5;
TestTmp2 +=TestTmp3[test_tmp1];
return test_tmp1;
}
/**
* @brief Inserts a delay time.
* @param nTime: specifies the delay time length, in milliseconds.
* @retval None
*/
void Delay(__IO uint32_t nTime)
{
uwTimingDelay = nTime;
while(uwTimingDelay != 0);
}
/**
* @brief Decrements the TimingDelay variable.
* @param None
* @retval None
*/
void TimingDelay_Decrement(void)
{
if (uwTimingDelay != 0x00)
{
uwTimingDelay--;
}
}
/**
* @brief This function handles SysTick Handler.
* @param None
* @retval None
*/
void SysTick_Handler(void)
{
TimingDelay_Decrement();
}
__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 0 ; Reserved
DCD 0 ; Reserved
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
余下问题
通过MAP文件了解代码构成
编译结果
Using Compiler 'V5.06 update 5 (build 528)', folder: 'C:\Keil_v5\ARM\ARMCC\Bin'
Build target 'wujique'
compiling stm32f4xx_it.c...
...
assembling startup_stm32f40_41xxx.s...
compiling misc.c...
...
compiling mcu_uart.c...
linking...
Program Size: Code=9038 RO-data=990 RW-data=40 ZI-data=6000
FromELF: creating hex file...
- 0 Error(s), 0 Warning(s).
Build Time Elapsed: 00:00:32
编译目标是wujique C文件compiling,汇编文件assembling,这个过程叫编译 编译结束后,就进行link,链接。 最后得到一个编译结果,9038字节code,RO 990,RW 40,ZI 6000。CODE,是代码,很好理解,那RO、RW、ZI都是什么? FromELF,创建hex文件,FromELF是一个好工具,需要自己添加到option中才能用
map文件配置
默认很多编译信息可能没钩,钩上所有信息会增加编译时间。
map文件
map 总信息
Image component sizes
库文件是什么?库文件就是别人已经别写好的代码库。在代码中,我们经常会包含一些头文件,例如: #include
#include
#include这些就是库的头文件。这些头文件保存在MDK开发工具的安装目录下。我们经常用的库函数有:memcpy、memcmp、strcmp等。只要代码中包含了这些函数,就会链接库文件。
文件map
库文件是什么?
文件map
Image Symbol Table
const的用处比较多,可以修饰变量,也可以修饰函数。更多用法自行学习
u8 TestFun(u32 x)//函数,带一个参数,并返回一个u8值
{
u8 test_tmp1 = 4;//局部变量,初始化
u8 test_tmp2;//局部变量,未初始化
static u8 test_tmp3 = 0;//静态局部变量
Code就是代码,函数。 RO Data,就是只读变量,例如用const修饰的数组。 RW Data,就是读写变量,例如全局变量跟static修饰的局部变量。 ZI Data,就是系统自动初始化为0的读写变量,大部分是数组,放在bss段。 RO Size等于代码加只读变量。 RW Size等于读写变量(包括自动初始化为0的),这个也就是RAM的大小。 ROM Size,也就是我们编译之后的目标文件大小,也就是FLASH的大小。但是?为什么会包含RW Data呢?因为所有全局变量都需要一个初始化的值(就算没有真正初始化,系统也会分配一个初始化空间),例如我们定义一个变量u8 i = 8;这样的全局变量,8,这个值,就需要保存在FALSH区。
*(InRoot$$Sections)
最后
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