GD32开发实战指南第4章GD32启动流程详解（Keil版）

　　开发环境：
　　MDK：Keil5。30
　　开发板：GD32F207IEVAL
　　MCU：GD32F207IK
　　对于我们常用的桌面操作系统而言，我们在开发应用时，并不关心系统的初始化，绝大多数应用程序是在操作系统运行后才开始运行的，操作系统已经提供了一个合适的运行环境，然而对于嵌入式设备而言，在设备上电后，所有的一切都需要由开发者来设置，这里处理器是没有堆栈，没有中断，更没有外围设备，这些工作是需要软件来指定的，而且不同的CPU类型、不同大小的内存和不同种类的外设，其初始化工作都是不同的。本文将以GD32F207IK（基于CortexM3）为例进行讲解。
　　在开始正式讲解之前，你需要了解ARM寄存器、汇编以及反编译相关的知识，这些可以参考笔者博文。
　　深入理解ARM寄存器：https：bruceou。blog。csdn。netarticledetails117866186
　　ARM汇编入门：https：bruceou。blog。csdn。netarticledetails117897496
　　Keil反编译入门（一）：https：bruceou。blog。csdn。netarticledetails118314875
　　Keil反编译入门（二）：https：bruceou。blog。csdn。netarticledetails118400368
　　下面我们就来具体看一下用户从Flash启动GD32的过程，主要讲解从上电复位到main函数的过程。主要有以下步骤：
　　1。初始化堆栈指针SPinitialsp，初始化PC指针ResetHandler
　　2。初始化中断向量表
　　3。配置系统时钟
　　4。调用C库函数main初始化用户堆栈，然后进入main函数。
　　在开始讲解之前，我们需要了解GD32的启动模式。4。1GD32的启动模式
　　首先要讲一下GD32的启动模式，因为启动模式决定了向量表的位置，GD32有三种启动模式：
　　1）主闪存存储器（MainFlash）启动：从GD32内置的Flash启动（0x080000000x0807FFFF），一般我们使用JTAG或者SWD模式下载程序时，就是下载到这个里面，重启后也直接从这启动程序。以0x08000000对应的内存为例，则该块内存既可以通过0x00000000操作也可以通过0x08000000操作，且都是操作的同一块内存。
　　2）系统存储器（SystemMemory）启动：从系统存储器启动（0x1FFFF0000x1FFFF7FF），这种模式启动的程序功能是由厂家设置的。一般来说，我们选用这种启动模式时，是为了从串口下载程序，因为在厂家提供的ISP程序中，提供了串口下载程序的固件，可以通过这个ISP程序将用户程序下载到系统的Flash中。以0x1FFFFFF0对应的内存为例，则该块内存既可以通过0x00000000操作也可以通过0x1FFFFFF0操作，且都是操作的同一块内存。
　　3）片上SRAM启动：从内置SRAM启动（0x200000000x3FFFFFFF），既然是SRAM，自然也就没有程序存储的能力了，这个模式一般用于程序调试。SRAM只能通过0x20000000进行操作，与上述两者不同。从SRAM启动时，需要在应用程序初始化代码中重新设置向量表的位置。
　　用户可以通过设置BOOT0和BOOT1的引脚电平状态，来选择复位后的启动模式。如下图所示：
　　启动模式只决定程序烧录的位置，加载完程序之后会有一个重映射（映射到0x00000000地址位置）；真正产生复位信号的时候，CPU还是从开始位置执行。
　　值得注意的是GD32上电复位以后，代码区都是从0x00000000开始的，三种启动模式只是将各自存储空间的地址映射到0x00000000中。
　　Bootloader存放在系统（System）存储内，可以在MCU启动后对Flash进行再编程。在GD32F20x系列产品中，Bootloader通过USART0与外界交互。
　　GD32F20x芯片支持嵌入式引导程序通过多种接口方式来更新Flash。可以有1或2个USART端口和标准USB端口用于GD32F205xx和GD32F207xx互联型产品。如下表所示。
　　产品线
　　产品
　　支持串行外设
　　互联型
　　GD32F205xx
　　USART0（PA9PA10）
　　USART1（PD5PD6）
　　USB（PA9PA10PA11PA12）
　　GD32F207xx
　　USART0（PA9PA10）
　　USART1（PD5PD6）
　　USB（PA9PA10PA11PA12）
　　4。2GD32的启动文件分析
　　因为启动过程主要是由汇编完成的，因此GD32的启动的大部分内容都是在启动文件里。笔者的启动文件是startupgd32f20xcl。s。4。2。1堆栈定义
　　1。Stack栈
　　栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM的大小。当程序较大时，需要修改栈的大小，不然可能会出现的HardFault的错误。
　　第43行：表示开辟栈的大小为0X00000400（1KB），EQU是伪指令，相当于C中的define。
　　第45行：开辟一段可读可写数据空间，ARER伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段。此处是定义数据段。ARER后面的关键字表示这个段的属性。段名为STACK，可以任意命名；NOINIT表示不初始化；READWRITE表示可读可写，ALIGN3，表示按照8字节对齐。
　　第46行：SPACE用于分配大小等于StackSize连续内存空间，单位为字节。
　　第47行：initialsp表示栈顶地址。栈是由高向低生长的。
　　2。Heap堆
　　堆主要用来动态内存的分配，像malloc（）函数申请的内存就在堆中。
　　开辟堆的大小为0X00000200（512字节），名字为HEAP，NOINIT即不初始化，可读可写，8字节对齐。heapbase表示对的起始地址，heaplimit表示堆的结束地址。4。2。2向量表
　　向量表是一个WORD（32位整数）数组，每个下标对应一种异常，该下标元素的值则是该ESR的入口地址。向量表在地址空间中的位置是可以设置的，通过NVIC中的一个重定位寄存器来指出向量表的地址。在复位后，该寄存器的值为0。因此，在地址0（即FLASH地址0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。
　　值得注意的是这里有个另类：0号类型并不是什么入口地址，而是给出了复位后MSP的初值，后面会具体讲解。
　　第66行：定义一块代码段，段名字是RESET，READONLY表示只读。
　　第6769行：使用EXPORT将3个标识符申明为可被外部引用，声明Vectors、VectorsEnd和VectorsSize具有全局属性。这几个变量在Keil分散加载时会用到。
　　第71行：Vectors表示向量表起始地址，DCD表示分配1个4字节的空间。每行DCD都会生成一个4字节的二进制代码，中断向量表存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常（也即是中断事件）发生时，CPU的中断系统会将相应的入口地址赋值给PC程序计数器，之后就开始执行中断服务程序。在60行之后，依次定义了中断服务程序的入口地址。
　　第179行：VectorsEnd为向量表结束地址。
　　第181行：VectorsSize则是向量表的大小，向量表的大小是通过Vectors和VectorsEnd相减得到的。
　　上述向量表可以在《GD32F20xUserManualENRev2。4》中找到的，笔者这里只截取了部分。
　　笔者只截取了部分。4。2。3复位程序
　　复位程序是系统上电后执行的第一个程序，复位程序也是中断程序，只是这个程序比较特殊，因此单独提出来讲解。
　　第186行：定义了一个服务程序，PROC表示程序的开始。
　　第187行：使用EXPORT将ResetHandler申明为可被外部引用，后面WEAK表示弱定义，如果外部文件定义了该标号则首先引用该标号，如果外部文件没有声明也不会出错。这里表示复位程序可以由用户在其他文件重新实现。
　　第188189行：表示该标号来自外部文件，SystemInit（）是一个库函数，在systemgd32f10x。c中定义的，main是一个标准的C库函数，主要作用是初始化用户堆栈，这个是由编译器完成的，该函数最终会调用我们自己写的main函数，从而进入C世界中。
　　第190行：这是一条汇编指令，表示从存储器中加载SystemInit到一个寄存器R0的地址中。R0R3寄存器通常用于函数入参出参或子程序调用。
　　第191行：汇编指令，表示跳转到寄存器R0的地址，并根据寄存器的LSE确定处理器的状态，还要把跳转前的下条指令地址保存到LR。
　　第192行：和190行是一个意思，表示从存储器中加载main到一个寄存器R0的地址中。
　　第193行：和191稍微不同，这里跳转到至指定寄存器的地址后，不会返回。
　　第194行：和PROC是对应的，表示程序的结束。
　　值得注意的是，这里的main和C语言中的main（）不是一样东西，main是Clib中的函数，也就是在Keil中自带的；而main（）函数是C的入口，main（）会被main调用。4。2。4中断服务程序
　　我们平时要使用哪个中断，就需要编写相应的中断服务程序，只是启动文件把这些函数留出来了，但是内容都是空的，真正的中断复服务程序需要我们在外部的C文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置罢了。
　　这部分没啥好说的，和服务程序类似的，只需要注意‘B。’语句，B表示跳转，这里跳转到一个‘。’，即表示无线循环。4。2。5堆栈初始化
　　堆栈初始化是由一个IF条件来实现的，MICROLIB的定义与否决定了堆栈的初始化方式。
　　这个定义是在OptionsTarget中设置的。
　　如果没有定义MICROLIB，则会使用双段存储器模式，且声明了userinitialstackheap具有全局属性，这需要开发者自己来初始化堆栈。
　　这部分也没啥讲的，需要注意的是，ALIGN表示对指令或者数据存放的地址进行对齐，缺省表示4字节对齐。4。2。6其他
　　第62行：PRESERVE8用于指定当前文件的堆栈按照8字节对齐。
　　第63行：THUMB表示后面指令兼容THUMB指令。现在CortexM系列的都使用THUMB2指令集，THUMB2是32位的，兼容16位和32位的指令，是THUMB的超集。4。3GD32的启动流程实例分析
　　有了前面的分析，接下来就来具体看看GD32启动流程的具体内容。4。3。1初始化SP、PC、向量表
　　当系统复位后，处理器首先读取向量表中的前两个字（8个字节），第一个字存入MSP，第二个字为复位向量，也就是程序执行的起始地址。
　　这里通过JFlash打开hex文件。
　　硬件这时自动从0x08000000位置处读取数据赋给栈指针SP，然后自动从0x08000004位置处读取数据赋给PC，完成了复位操作，SP0x02002008，PC0x080001BD。
　　初始化SP、PC紧接着就初始化向量表，如果感觉看HEX文件抽象，我们看看反汇编文件吧。
　　是不是更容易些，是不是和《GD32F20xUserManualENRev2。4》中的向量表对应起来了。其实看反汇编文件更好理解GD32的启动流程，只是有些抽象。
　　生成反汇编的方法如下。
　　在KEIL的User选项中，如下图添加这两项：
　　fromelfbinoutputGD32F207IEVAL。bin。。OutputGD32F207IEVAL。axf
　　fromelftextacoutputGD32F207IEVAL。dis。。OutputGD32F207IEVAL。axf
　　然后重新编译，即可得到二进制文件GD32F207IEVAL。bin（以后会分析）、反汇编文件GD32F207IEVAL。dis。
　　如下图所示：
　　4。3。2设置系统时钟
　　细心的朋友可能发现，PC0x080001BC的地址是没有对齐的。然后在反汇编文件中却是这样的：
　　这里是硬件自动对齐到0x080001BC，并执行SystemInit函数初始化系统时钟。
　　当然也可通过硬件调试来确认上面的分析：
　　接下来就会进入SystemInit函数中。
　　SystemInit函数内容如下：！briefsetupthemicrocontrollersystem，initializethesystemparam〔in〕noneparam〔out〕noneretvalnonevoidSystemInit（void）｛resettheRCCclockconfigurationtothedefaultresetstateenableIRC8MRCUCTLRCUCTLIRC8MEN；RCUCFG0RCUCFG0SCS；resetHXTALEN，CKMEN，PLLENbitsRCUCTL（RCUCTLHXTALENRCUCTLCKMENRCUCTLPLLEN）；resetSCS，AHBPSC，APB1PSC，APB2PSC，ADCPSC，CKOUT0SELbitsRCUCFG0（RCUCFG0SCSRCUCFG0AHBPSCRCUCFG0APB1PSCRCUCFG0APB2PSCRCUCFG0ADCPSCRCUCFG0ADCPSC2RCUCFG0CKOUT0SEL）；resetHXTALEN，CKMEN，PLLENbitsRCUCTL（RCUCTLHXTALENRCUCTLCKMENRCUCTLPLLEN）；ResetHXTALBPSbitRCUCTL（RCUCTLHXTALBPS）；resetPLLSEL，PREDV0LSB，PLLMF，USBFSPSCbitsRCUCFG0（RCUCFG0PLLSELRCUCFG0PREDV0LSBRCUCFG0PLLMFRCUCFG0USBFSPSCRCUCFG0PLLMF4）；resetPLL1ENandPLL2ENbitsRCUCTL（RCUCTLPLL1ENRCUCTLPLL2EN）；resetCFG1registerRCUCFG10x00000000U；resetINTregisterRCUINT0x00FF0000U；resetCFG2registerRCUCFG20x00000000U；resetPLLTCTLregisterRCUPLLTCTL（RCUPLLTCTLPLLTEN）；resetPLLTINTregisterRCUPLLTINT0x00400000U；resetPLLTCFGregisterRCUPLLTCFG0x20003010U；configurethesystemclocksource，PLLmultiplier，AHBAPBxprescalersandflashsettingssystemclockconfig（）；｝
　　前面部分是配置时钟的，具体参考手册吧。
　　systemclockconfig（）函数用于时钟初始化，这里使用的是HXTAL，HXTAL进过通过PLL锁相环后为120MHz。
　　systemclockconfig（）函数调用的systemclock120mhxtal（）函数，其如下：！briefconfigurethesystemclockto120MbyPLLwhichselectsHXTAL（8M）asitsclocksourceparam〔in〕noneparam〔out〕noneretvalnonestaticvoidsystemclock120mhxtal（void）｛uint32ttimeout0U；uint32tstabflag0U；enableHXTALRCUCTLRCUCTLHXTALEN；waituntilHXTALisstableorthestartuptimeislongerthanHXTALSTARTUPTIMEOUTdo｛timeout；stabflag（RCUCTLRCUCTLHXTALSTB）；｝while（（0Ustabflag）（HXTALSTARTUPTIMEOUT！timeout））；iffailif（0U（RCUCTLRCUCTLHXTALSTB））｛while（1）｛｝｝HXTALisstableAHBSYSCLKRCUCFG0RCUAHBCKSYSDIV1；APB2AHB1RCUCFG0RCUAPB2CKAHBDIV1；APB1AHB2RCUCFG0RCUAPB1CKAHBDIV2；CKPLL（CKPREDIV0）10120MHzRCUCFG0（RCUCFG0PLLMFRCUCFG0PLLMF4RCUCFG0PREDV0LSBRCUCFG0PLLSEL）；RCUCFG0（RCUPLLSRCHXTALRCUPLLMUL10）；CKPREDIV0（CKHXTAL）512512MHzRCUCFG1（RCUCFG1PREDV0SELRCUCFG1PLL1MFRCUCFG1PREDV1RCUCFG1PREDV0）；RCUCFG1（RCUPREDV0SRCCKPLL1RCUPLL1MUL12RCUPREDV1DIV5RCUPREDV0DIV5）；enablePLL1RCUCTLRCUCTLPLL1EN；waittillPLL1isreadywhile（（RCUCTLRCUCTLPLL1STB）0U）｛｝enablePLLRCUCTLRCUCTLPLLEN；waituntilPLLisstablewhile（0U（RCUCTLRCUCTLPLLSTB））｛｝selectPLLassystemclockRCUCFG0RCUCFG0SCS；RCUCFG0RCUCKSYSSRCPLL；waituntilPLLisselectedassystemclockwhile（0U（RCUCFG0RCUSCSSPLL））｛｝｝4。3。3初始化堆栈并进入main
　　执行指令LDRR0，main，然后就跳转到main程序段运行，当然这里指标准库的main函数。
　　这中间初始化了栈区。
　　这段代码是个循环（BCC0x080001e6），实际运行时候循环了两次。第一次运行的时候，读取加载数据段的函数的地址并跳转到该函数处运行（注意加载已初始化数据段和未初始化数据段用的是同一个函数）；第二次运行的时候，读取初始化栈的函数的地址并跳转到该函数处运行。
　　最后就进入C文件的main函数中，至此，启动过程到此结束。
　　最后，总结下GD32从flash的启动流程。
　　MCU上电后从0x08000000处读取栈顶地址并保存，然后从0x08000004读取中断向量表的起始地址，这就是复位程序的入口地址，接着跳转到复位程序入口处，初始向量表，然后设置时钟，设置堆栈，最后跳转到C空间的main函数，即进入用户程序。
　　启动流程1（使用标准库，不使用Microlib）如下图：
　　启动流程2（使用Microlib）如下图：