STM32单片机Bootloader设计(上)

原创 乐创客 2021-07-14 07:05
文 / Edward


   STM32的启动文件

STM32作为一款单片机,它的启动方式很简单,即当Boot配置了从内部Flash启动模式之后,一上电程序就会从0x8000000地址处开始执行文件,因此我们在使用Keil设置程序起始地址的时候,需要将这个Flash地址设置成0x8000000,只有将这个地址设置成0x8000000,生成的hex文件才可以被正常烧录到此地址,单片机上电之后才可以正常启动。而如果使用J-Flash工具烧写Hex文件时,这个地址会自动根据Hex文件解析出来。然而如果当你烧写二进制Bin文件时,还需要手动将单片机的起始地址制定出来,关于Hex文件和Bin文件的异同点,这个又是可以长篇大论一番了,我们下次特别写文章来讲。


图1 Keil设置起始地址和空间


STM32启动文件

;********************* (C) COPYRIGHT 2017 STMicroelectronics ********************;* File Name          : startup_stm32l151xb.s;* Author             : MCD Application Team;* Description        : STM32L151XB Devices vector for MDK-ARM toolchain.;*                      This module performs:;*                      - Set the initial SP;*                      - Set the initial PC == Reset_Handler;*                      - Set the vector table entries with the exceptions ISR ;*                        address.;*                      - Configure the system clock;*                      - Branches to __main in the C library (which eventually;*                        calls main()).;*                      After Reset the Cortex-M3 processor is in Thread mode,;*                      priority is Privileged, and the Stack is set to Main.;********************************************************************************;*;* Copyright (c) 2017 STMicroelectronics. All rights reserved.;*;* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,;* the "License"; You may not use this file except in compliance with the;* License. You may obtain a copy of the License at:;*                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause;*;*******************************************************************************;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>;; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack; Tailor this value to your application needs; <h> Stack Configuration;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; </h>
Stack_Size EQU 0x00000400
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3Stack_Mem SPACE Stack_Size__initial_sp

; <h> Heap Configuration; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>; </h>
Heap_Size EQU 0x00000200
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3__heap_baseHeap_Mem SPACE Heap_Size__heap_limit
PRESERVE8 THUMB

; 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 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
; External Interrupts DCD WWDG_IRQHandler ; Window Watchdog DCD PVD_IRQHandler ; PVD through EXTI Line detect DCD TAMPER_STAMP_IRQHandler ; Tamper and Time Stamp DCD RTC_WKUP_IRQHandler ; RTC Wakeup DCD FLASH_IRQHandler ; FLASH DCD RCC_IRQHandler ; RCC DCD EXTI0_IRQHandler ; EXTI Line 0 DCD EXTI1_IRQHandler ; EXTI Line 1 DCD EXTI2_IRQHandler ; EXTI Line 2 DCD EXTI3_IRQHandler ; EXTI Line 3 DCD EXTI4_IRQHandler ; EXTI Line 4 DCD DMA1_Channel1_IRQHandler ; DMA1 Channel 1 DCD DMA1_Channel2_IRQHandler ; DMA1 Channel 2 DCD DMA1_Channel3_IRQHandler ; DMA1 Channel 3 DCD DMA1_Channel4_IRQHandler ; DMA1 Channel 4 DCD DMA1_Channel5_IRQHandler ; DMA1 Channel 5 DCD DMA1_Channel6_IRQHandler ; DMA1 Channel 6 DCD DMA1_Channel7_IRQHandler ; DMA1 Channel 7 DCD ADC1_IRQHandler ; ADC1 DCD USB_HP_IRQHandler ; USB High Priority DCD USB_LP_IRQHandler ; USB Low Priority DCD DAC_IRQHandler ; DAC DCD COMP_IRQHandler ; COMP through EXTI Line DCD EXTI9_5_IRQHandler ; EXTI Line 9..5 DCD 0 ; Reserved DCD TIM9_IRQHandler ; TIM9 DCD TIM10_IRQHandler ; TIM10 DCD TIM11_IRQHandler ; TIM11 DCD TIM2_IRQHandler ; TIM2 DCD TIM3_IRQHandler ; TIM3 DCD TIM4_IRQHandler ; TIM4 DCD I2C1_EV_IRQHandler ; I2C1 Event DCD I2C1_ER_IRQHandler ; I2C1 Error DCD I2C2_EV_IRQHandler ; I2C2 Event DCD I2C2_ER_IRQHandler ; I2C2 Error DCD SPI1_IRQHandler ; SPI1 DCD SPI2_IRQHandler ; SPI2 DCD USART1_IRQHandler ; USART1 DCD USART2_IRQHandler ; USART2 DCD USART3_IRQHandler ; USART3 DCD EXTI15_10_IRQHandler ; EXTI Line 15..10 DCD RTC_Alarm_IRQHandler ; RTC Alarm through EXTI Line DCD USB_FS_WKUP_IRQHandler ; USB FS Wakeup from suspend DCD TIM6_IRQHandler ; TIM6 DCD TIM7_IRQHandler ; TIM7 __Vectors_End
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors
AREA |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler routineReset_Handler PROC EXPORT Reset_Handler [WEAK] IMPORT __main IMPORT SystemInit LDR R0, =SystemInit BLX R0 LDR R0, =__main BX R0 ENDP
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler PROC EXPORT NMI_Handler [WEAK] B . ENDPHardFault_Handler\ PROC EXPORT HardFault_Handler [WEAK] B . ENDPMemManage_Handler\ PROC EXPORT MemManage_Handler [WEAK] B . ENDPBusFault_Handler\ PROC EXPORT BusFault_Handler [WEAK] B . ENDPUsageFault_Handler\ PROC EXPORT UsageFault_Handler [WEAK] B . ENDPSVC_Handler PROC EXPORT SVC_Handler [WEAK] B . ENDPDebugMon_Handler\ PROC EXPORT DebugMon_Handler [WEAK] B . ENDPPendSV_Handler PROC EXPORT PendSV_Handler [WEAK] B . ENDPSysTick_Handler PROC EXPORT SysTick_Handler [WEAK] B . ENDP
Default_Handler PROC
EXPORT WWDG_IRQHandler [WEAK] EXPORT PVD_IRQHandler [WEAK] EXPORT TAMPER_STAMP_IRQHandler [WEAK] EXPORT RTC_WKUP_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_IRQHandler [WEAK] EXPORT USB_HP_IRQHandler [WEAK] EXPORT USB_LP_IRQHandler [WEAK] EXPORT DAC_IRQHandler [WEAK] EXPORT COMP_IRQHandler [WEAK] EXPORT EXTI9_5_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM9_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM10_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM11_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 RTC_Alarm_IRQHandler [WEAK] EXPORT USB_FS_WKUP_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM6_IRQHandler [WEAK] EXPORT TIM7_IRQHandler [WEAK]
WWDG_IRQHandlerPVD_IRQHandlerTAMPER_STAMP_IRQHandlerRTC_WKUP_IRQHandlerFLASH_IRQHandlerRCC_IRQHandlerEXTI0_IRQHandlerEXTI1_IRQHandlerEXTI2_IRQHandlerEXTI3_IRQHandlerEXTI4_IRQHandlerDMA1_Channel1_IRQHandlerDMA1_Channel2_IRQHandlerDMA1_Channel3_IRQHandlerDMA1_Channel4_IRQHandlerDMA1_Channel5_IRQHandlerDMA1_Channel6_IRQHandlerDMA1_Channel7_IRQHandlerADC1_IRQHandlerUSB_HP_IRQHandlerUSB_LP_IRQHandlerDAC_IRQHandlerCOMP_IRQHandlerEXTI9_5_IRQHandlerTIM9_IRQHandlerTIM10_IRQHandlerTIM11_IRQHandlerTIM2_IRQHandlerTIM3_IRQHandlerTIM4_IRQHandlerI2C1_EV_IRQHandlerI2C1_ER_IRQHandlerI2C2_EV_IRQHandlerI2C2_ER_IRQHandlerSPI1_IRQHandlerSPI2_IRQHandlerUSART1_IRQHandlerUSART2_IRQHandlerUSART3_IRQHandlerEXTI15_10_IRQHandlerRTC_Alarm_IRQHandlerUSB_FS_WKUP_IRQHandlerTIM6_IRQHandlerTIM7_IRQHandler
B .
ENDP
ALIGN
;*******************************************************************************; User Stack and Heap initialization;******************************************************************************* IF :DEF:__MICROLIB EXPORT __initial_sp EXPORT __heap_base EXPORT __heap_limit ELSE IMPORT __use_two_region_memory EXPORT __user_initial_stackheap __user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size) LDR R3, = Stack_Mem BX LR
ALIGN
ENDIF
END
;************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE*****


首先让我们来看下STM32启动文件,当MCU上电复位之后,整个程序会跳转到以0x8000000为基址,偏移0的地址处,即还是0x8000000。但是STM32的0x8000000地址处存放的并不是整个芯片的第一句指令,而是整个芯片的堆栈初始化程序,如图2所示。


图2 0x8000000偏移0地址处的堆栈初始化程序指针


由于STM32的地址空间都是4字节对齐的,因此这个栈顶指针的存放空间为4字节,所以STM32复位之后跳转的地址应该是0x8000000基址偏移4个字节,即0x8000004。如同3所示。


图3 STM32复位跳转地址


图3中的程序非常浅显易懂,第136和137行,即将程序跳转到SystemInit处,这是个C语言函数,定义在“system_stm32l1xx.c”文件里,它的目的就是对中断向量表起始地址进行指定,也就是图2中的“__Vector”处。当然CM3内核和CM0内核关于SCB(系统控制块)的定义有些许差别,CM0不在本文讨论中,但是CM3和CM4的中断向量表映射机制还是很相似的。


图4 SystemInit函数映射中断向量表


图4中我们可以看到,SCB中关于Vector的地址是通过符号FLASH_BASE和VECT_TAB_OFFSET计算出来的,我们可以找到关于它们的定义,如图5所示。


图5 FLASH_BASE和VECT_TAB_OFFSET的定义


通过图5中的计算,正好可以得出整个中断向量表被映射到了0x8000000地址处。



    STM32的FLASH分配

前面的大段文章内容中,频繁提及了一个关键的数值,即0x8000000,那么这个0x8000000到底是怎么来的呢?这个数值并不是平白无故拍脑袋想出来的。之前我们就说过,ARM体系的存储器结构是其一大特色,而这个0x8000000正是整个STM32内置FLASH的起始地址。我们随便打开一份STM32的数据手册,在存储器章节里面就可以看到STM32全部的存储器定义。如图6所示。

图6 STM32内部FLASH的起始地址



   STM32的Bootloader思路

抛开所有的Bootloader高级功能来说,我们设计STM32 Bootloader的主要目的有两个,第一个为方便程序烧写和更新,第二个目前是从Bootloader程序中跳转(引导)用户的应用程序。这两个目的中,对于Bootloader来说程序跳转尤其重要,因为程序跳转成不成功将会严重影响整个用户程序的运行状态。因而,怎么跳,何时跳,跳到哪里,则是下篇文章的着重讨论部分。

前面一个FLASH烧写,可以根据自己的特殊要求来定制,只要严格安装HEX文件指定的地址和数据的关系,一般不会出错。


本文分析了STM32启动时比较重要的一些定义和函数跳转,下篇将会开始着手设计一个STM32 Bootloader。




乐创客 我们从来不培养程序猿,我们只是嵌入式技术的搬运工
评论 (0)
  • 背景近年来,随着国家对资源、能源有效利用率的要求越来越高,对环境保护和水处理的要求也越来越严格,因此有大量的固液分离问题需要解决。真空过滤器是是由负压形成真空过滤的固液分离机械。用过滤介质把容器分为上、下两层,利用负压,悬浮液加入上腔,在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液,悬浮液中的固体颗粒吸附在过滤介质表面形成滤饼,滤液穿过过滤介质经中心轴内部排出,达到固液分离的目的。目前市面上的过滤器多分为间歇操作和连续操作两种。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液,连续操作的真空过滤机适于过滤含
    宏集科技 2025-04-10 13:45 65浏览
  • 政策驱动,AVAS成新能源车安全刚需随着全球碳中和目标的推进,新能源汽车产业迎来爆发式增长。据统计,2023年中国新能源汽车渗透率已突破35%,而欧盟法规明确要求2024年后新能效车型必须配备低速提示音系统(AVAS)。在此背景下,低速报警器作为车辆主动安全的核心组件,其技术性能直接关乎行人安全与法规合规性。基于WT2003H芯片开发的AVAS解决方案,以高可靠性、强定制化能力及智能场景适配特性,正成为行业技术升级的新标杆。WT2003H方案技术亮点解析全场景音效精准触发方案通过多传感器融合技术
    广州唯创电子 2025-04-10 08:53 173浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍关税大战一触即发,当地时间4月9日起,美国开始对中国进口商品征收总计104%的关税。对此,中国外交部回应道:中方绝不接受美方极限施压霸道霸凌,将继续采取坚决有力措施,维护自身正当权益。同时,中国对原产于美国的进口商品加征关税税率,由34%提高至84%。随后,美国总统特朗普在社交媒体宣布,对中国关税立刻提高至125%,并暂缓其他75个国家对等关税90天,在此期间适用于10%的税率。特朗普政府挑起关税大战的目的,实际上是寻求制造业回流至美国。据悉,特朗普政府此次宣布对全球18
    华尔街科技眼 2025-04-10 16:39 76浏览
  • 什么是车用高效能运算(Automotive HPC)?高温条件为何是潜在威胁?作为电动车内的关键核心组件,由于Automotive HPC(CPU)具备高频高效能运算电子组件、高速传输接口以及复杂运算处理、资源分配等诸多特性,再加上各种车辆的复杂应用情境等等条件,不难发见Automotive HPC对整个平台讯号传输实时处理、系统稳定度、耐久度、兼容性与安全性将造成多大的考验。而在各种汽车使用者情境之中,「高温条件」就是你我在日常生活中必然会面临到的一种潜在威胁。不论是长时间将车辆停放在室外的高
    百佳泰测试实验室 2025-04-10 15:09 66浏览
  • 行业变局:从机械仪表到智能交互终端的跃迁全球两轮电动车市场正经历从“功能机”向“智能机”的转型浪潮。数据显示,2024年智能电动车仪表盘渗透率已突破42%,而传统LED仪表因交互单一、扩展性差等问题,难以满足以下核心需求:适老化需求:35%中老年用户反映仪表信息辨识困难智能化缺口:78%用户期待仪表盘支持手机互联与语音交互成本敏感度:厂商需在15元以内BOM成本实现功能升级在此背景下,集成语音播报与蓝牙互联的WT2605C-32N芯片方案,以“极简设计+智能交互”重构仪表盘技术生态链。技术破局:
    广州唯创电子 2025-04-11 08:59 114浏览
  • 由西门子(Siemens)生产的SIMATIC S7 PLC在SCADA 领域发挥着至关重要的作用。在众多行业中,SCADA 应用都需要与这些 PLC 进行通信。那么,有哪些高效可行的解决方案呢?宏集为您提供多种选择。传统方案:通过OPC服务器与西门子 PLC 间接通信SIMATIC S7系列的PLC是工业可编程控制器,能够实现对生产流程的实时SCADA监控,提供关于设备和流程状态的准确、最新数据。S7Comm(全称S7 Communication),也被称为工业以太网或Profinet,是西门
    宏集科技 2025-04-10 13:44 73浏览
  •   天空卫星健康状况监测维护管理系统:全方位解析  在航天技术迅猛发展的当下,卫星在轨运行的安全与可靠至关重要。整合多种技术,实现对卫星的实时监测、故障诊断、健康评估以及维护决策,有力保障卫星长期稳定运转。  应用案例       系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。  一、系统架构与功能模块  数据采集层  数据处理层  智能分析层  决策支持层  二、关键技术  故障诊断技术  
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 15:46 59浏览
  •   海上电磁干扰训练系统:全方位解析      海上电磁干扰训练系统,作为模拟复杂海上电磁环境、锻炼人员应对电磁干扰能力的关键技术装备,在军事、科研以及民用等诸多领域广泛应用。接下来从系统构成、功能特点、技术原理及应用场景等方面展开详细解析。   应用案例   系统软件供应可以来这里,这个首肌开始是幺伍扒,中间是幺幺叁叁,最后一个是泗柒泗泗,按照数字顺序组合就可以找到。   一、系统构成   核心组件   电磁信号模拟设备:负责生成各类复杂的电磁信号,模拟海上多样
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-10 16:45 84浏览
  • 行业痛点:电动车智能化催生语音交互刚需随着全球短途出行市场爆发式增长,中国电动自行车保有量已突破3.5亿辆。新国标实施推动行业向智能化、安全化转型,传统蜂鸣器报警方式因音效单一、缺乏场景适配性等问题,难以满足用户对智能交互体验的需求。WT2003HX系列语音芯片,以高性能处理器架构与灵活开发平台,为两轮电动车提供从基础报警到智能交互的全栈语音解决方案。WT2003HX芯片技术优势深度解读1. 高品质硬件性能,重塑语音交互标准搭载32位RISC处理器,主频高达120MHz,确保复杂算法流畅运行支持
    广州唯创电子 2025-04-10 09:12 160浏览
  • 技术原理:非扫描式全局像的革新Flash激光雷达是一种纯固态激光雷达技术,其核心原理是通过面阵激光瞬时覆盖探测区域,配合高灵敏度传感器实现全局三维成像。其工作流程可分解为以下关键环节:1. 激光发射:采用二维点阵光源(如VCSEL垂直腔面发射激光器),通过光扩散器在单次脉冲中发射覆盖整个视场的面阵激光,视场角通常可达120°×75°,部分激光雷达产品可以做到120°×90°的超大视场角。不同于传统机械扫描或MEMS微振镜方案,Flash方案无需任何移动部件,直接通过电信号控制激光发射模式。2.
    robolab 2025-04-10 15:30 82浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦