单片机启动过程解析

一、正常程序运行流程

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  1. 初始化阶段

    • MSP初始化：上电后处理器从0x8000000地址读取主堆栈指针（MSP）初始值（占据0x8000000~0x8000003）。
    • PC跳转：从0x8000004地址读取复位中断向量值，程序计数器（PC）跳转至该地址。

  2. 复位中断处理

    • 关键操作：Reset_Handler依次执行：
      • 初始化系统时钟（SystemInit）
      • 将.data段从Flash复制到RAM
      • 清零.bss段
      • 调用__main（完成C库初始化）

  3. 用户程序执行

    • 跳转至main函数执行用户代码。
    • 中断机制：无中断时运行主循环；中断触发时通过中断向量表跳转至对应服务程序，执行后返回断点继续运行。

二、中断向量表机制

  • 地址计算：中断向量地址 = 0x8000000 + 4 * (IRQn + 16)
    • 注：之所以可以找到复位中断程序，是因为中断向量表占据的是从0x8000000起始的连续空间，且每个中断占4字节，按固定顺序存放在表中。
    • 注：不同芯片厂商可能采用不同偏移规则（如STM32复位向量位于第2项），需以具体手册为准。
  • 异常处理：复位中断（IRQn=-15）位于向量表第1项，地址为0x8000004。

三、加入IAP后的启动流程

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  1. BootLoader阶段

    • 上电后执行IAP的Reset_Handler，跳转至IAP的main函数。
    • 完成固件接收、校验、写入等操作。

  2. 跳转至应用程序

    • 无需复位：IAP直接跳转至APP入口（如0x8003000）。
    • 关键操作：
      • 重设MSP：从APP起始地址读取新MSP值。
      • 重映射向量表：SCB->VTOR = 0x8003000;

  3. 应用程序执行

    • 执行APP的Reset_Handler，流程同正常启动。

四、关键注意事项

  1. 向量表重映射

    • GD32F330特性：SystemInit()默认设置VTOR，用户需在其后重设：

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      SystemInit();          // 库函数可能覆盖VTOR
      SCB->VTOR = APP_ADDR; // 需在SystemInit之后设置

    • 低功耗唤醒：部分芯片唤醒后VTOR复位，需重新配置。

    • 其他芯片：使用任何芯片在设置VTOR前都应先查看是否有其他地方已经设置过了！

  2. 跨厂商差异

    • STM32的复位向量为向量表第2项（地址0x8000004）。
    • 需查阅芯片参考手册确认中断向量偏移规则。

  3. IAP设计要点

    • 跳转前准备：关闭所有中断，清理外设状态。
    • 地址对齐：APP起始地址需满足芯片的Flash扇区对齐要求。
    • 示例跳转代码：
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      typedef void (*pFunction)(void);
      uint32_t ApplicationAddress = 0x8003000;

      /**
        * @brief  跳转到用户程序执行
        */
      uint8_t Jump_To_User_Program(void)
      {
      	__disable_irq();
          if (((*(__IO uint32_t *)ApplicationAddress) & 0x2FFE0000) == 0x20000000)//判断用户是否已经下载程序，防止跑飞
          {
              //跳转至用户代码
              JumpAddress = *(__IO uint32_t *)(ApplicationAddress + 4);
              Jump_To_Application = (pFunction)JumpAddress;
              //初始化用户程序的堆栈指针
              __set_MSP(*(__IO uint32_t *)ApplicationAddress);
              Jump_To_Application();
          }
          else
          {
              return 1;
          }   
          return 0;
      }

五、附录：关键段说明

段名作用存储位置
.data存储已初始化的全局变量RAM
.bss存储未初始化的全局变量（启动时清零）RAM
.text存储程序代码和常量Flash
__mainC库初始化（堆栈、静态变量等）自动调用