【10】STM32·HAL库开发-MAP文件解析 | STM32启动过程

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该篇文章参考资料为:
STM32 MAP文件浅析.pdf
STM32 启动文件浅析.pdf
Cortex-M3权威指南(中文).pdf

1,MAP文件浅析(了解)

  MDK编译会产生一些中间文件,在之前新建MDK工程时使其输出到了【Output】文件夹,总共有11种,如下表所示:
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1.1MAP文件概念和作用

MAP文件是MDK编译代码后,产生的集程序、数据及IO空间的一种映射列表文件。简单说就是包括了:各种.c文件、函数、符号等的地址、大小、引用关系等信息,用于分析各.c文件占用FLASH 和 RAM的大小,方便优化代码

1.2MAP文件组成

组成部分 简介
程序段交叉引用关系 描述各文件之间函数调用关系
删除映像未使用的程序段 描述工程中未用到而被删除的冗余程序段(函数/数据)(比如说定义了变量temp,但是后面并没有使用temp,MAP文件将变量temp删除,生成一个被删除的列表,也可以是函数,表示未被是使用。)
映像符号表 描述各符号(程序段/数据)在存储器中的地址、类型、大小等
映像内存分布图 描述各个程序段(函数)在存储器中的地址及占用大小
映像组件大小 给出整个映像代码(.o)占用空间汇总信息

1.3MAP文件实操

学会分析:哪个.c占用flash 和ram比较大,以便针对性的优化。(以【09】STM32·HAL库-新建HAL库版本MDK工程 | 下载STM32固件库文章中创建工程为例。

  在【LIsting】选项卡中,可以配置MAP文件产生文件,如果要产生MAP文件需要勾选【Linker Listng: …\Output\f103.map】,具体内容由下方勾选框决定,默认全部勾选
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  在【C/C++】选项卡中,勾选【One ELF Section per Function】,可以将冗余的程序段删除。
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  可以在工程中【Output】文件夹可以找到MAP文件,另一种就是在MDK中双击工程名可以打开MAP文件,此处MAP文件能打开,前提是编译工程0错误,否则可能产生的文件不完整。
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  “i.main”表示main函数的入口地址,调用了stm32f1xx_hal.o中的"i.HALL_Init"入口地址,也就是HAL_Init函数。

	main.o(i.main) refers to stm32f1xx_hal.o(i.HAL_Init) for HAL_Init
    main.o(i.main) refers to sys.o(i.sys_stm32_clock_init) for sys_stm32_clock_init
    main.o(i.main) refers to delay.o(i.delay_init) for delay_init
    main.o(i.main) refers to main.o(i.led_init) for led_init

  与main函数中代码相对应。

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                     /* 延时初始化 */
    led_init();                         /* LED初始化 */

  以下部分是未使用的程序段组成的列表。
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  映像符号表显示的内容是局部、全局变量或函数地址、类型、大小等,改变函数为static数据类型,可以改变其在局部或全局的位置。
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  映像内存分布图可以查看程序段在存储器的地址及占用大小。
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  映像组件文件,可以查看用户程序文件的占用空间信息。Code是代码占用空间量,data是编译器数据(不用管),R0 Data是只读,RW Data是可读可写,delay.o是delay.c产生的文件,占用FLASH是Code+R0 Data+RW Data,放到SRAM上是RW Data ZI Data
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2.STM32启动过程(了解)

2.1STM32启动模式(F1/F4/F7/H7)(也称自举模式)

M3/M4/M7等内核复位后,做的第一件事:
1,从地址 0x0000 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值,该值就是栈顶地址:
2,从地址 0x0000 0004 (STM32为32位单片机,4个字节)处取出程序计数器指针 PC 的初始值,该值是复位向量。
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  芯片厂商可以会把0x0000 0000和0x0000 0004地址映射到其它的地址,根据映射地址的来源将启动分为几种模式。

2.1.1STM32启动模式(F1/F4)

  在系统复位后,SYSCLK的第4个上升沿,BOOT引脚的值将被锁存。从系统存储器启动时,系统存储器中存放的是ST的Bootloader程序,Bootloader程序可以引导我们用其他方式下载程序。内置SRAM起始地址也就是块2地址。
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  F4系列不仅可以从内置SRAM启动,还可以从外部SRAM启动,如果要使用FSMC重映射到外部的SRAM:可以通过配置SYSCFG_MEMRMP寄存器。无法下载程序时可以尝试解决方法:BOOT0接3.3V,按复位,然后再下载。

2.1.2STM32启动模式(F7)

  与F1、F4系列相同,F7系列在系统复位后,SYSCLK的第4个上升沿,BOOT引脚的值将被锁存;不同的是在F7系列中只有一个BOOT引脚,接GND为0,接3.3V为1,启动地址由“启动地址选项字节”决定,BOOT_ADD0和BOOT_ADD1位域由FLASH_OPTCR1寄存器决定,由于寄存器设置的是29:14位,该寄存器一共是32位,所以造成寄存器值和启动地址不一致,如果将寄存器值放到32位中对应的值就是启动地址

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  F7系列可以从ITCM或者AXIM都访问到FLASH。允许将自举存储器地址配置为从 0x0000 0000 到 0x2004 FFFF 的任意地址(16KB的整数倍,最小操作位为14,214/1024=16kb。无法下载程序时可以尝试解决方法:BOOT接3.3V,按复位,然后再下载。

2.1.3STM32启动模式(H7)

  在系统复位后,SYSCLK的第4个上升沿,BOOT引脚的值将被锁存。
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  选项字节允许将自举存储器地址配置为从 0x0000 0000 到 0x3FFF 0000 的任意地址,其中低16位只能为0,无论BOOT引脚高低电平,只能设置高16位。无法下载程序解决方法:B0接3.3,按复位,然后再下载。

2.2STM32启动过程(以内部FLASH启动为例)

  在地址0x0800 0000获取栈顶指针MSP的值,在地址0x0800 0004获取中断向量表中的复位向量,也就是中断复位函数名,也是该函数的首地址,该函数被定义在启动文件中,执行完以上两步后,到达main函数,执行用户程序。
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2.2.1启动文件介绍

  **参考资料:**STM32 启动文件浅析.pdf

1,初始化MSP:从0X0800 0000获取,因为从FLASH开始启动
2,初始化PC:从0X0800 0004获取;
3,设置堆栈大小:Heap_Size(堆)、Stack_Size(栈),通过着两个宏来设置堆栈大小
4,初始化中断向量表:__Vectors定义;
5,调用初始化函数:可选的,如调用: SystemInit函数;
6,调用__main:标准C库函数,执行一系列设置,最终调用main函数。用户编写了main函数,编译器会自动定义__main函数

2.2.2Reset_Handler函数介绍

  复位中断函数Reset_Handler被定义在启动文件中,启动文件后缀是“.s”,是汇编语言文件。Reset_Handler函数源码如下:

Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler   [WEAK]
                IMPORT  __main
                IMPORT  SystemInit
                LDR   R0, =SystemInit
                BLX   R0               
                LDR   R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

EXPORT:标明全局属性,可被外部调用
IMPORT:声明来自外部文件,类extern
PROC:定义子程序
ENDP:表示子程序结束
WEAK:弱定义,允许用户在其他地方重新定义Reset_Handler函数,那么此处的函数将失效。在HAL库版本中,SystemInit函数在system_stm32f1xx.c中定义,而在寄存器中没有定义所以用分号“;”进行注释掉三行代码。
调用__main,完成一系列操作后,就会执行用户的main函数。
如果外部没有:SystemInit函数,则会报错!

2.2.2堆栈简介

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  函数局部变量较多,嵌套关系复杂时,需加大栈大小(Stack_Size),超过栈的定义大小时会溢出,在启动文件startup_stm32f103xe.s中,栈大小被设置成如下所示。也就是1KB的大小,堆被设置成512B的大小。

Stack_Size      EQU     0x00000400
...
Heap_Size       EQU     0x00000200

  中断向量表如下所示,其中__initial_sp为栈顶指针,STM32复位后第一件事是让MSP指针取中断向量表栈顶地址,依次偏移4字节,可以得到复位中断向量地址等,中断向量表中只是列出了中断处理函数的首地址,在其他处定义

__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_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                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_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                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     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End

__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

                AREA    |.text|, CODE, READONLY

2.3STM32启动过程图解

  以下信息是正点原子HAL库跑马灯实验仿真得到的数据图,其中堆是0x200大小,大小是0x20000388减去0x20000188,MSP指针自动对值进行加1处理,其实堆空间是到0x20000387,同理栈大小是0x400,但是是向下生长。内核从FLASH启动,首先从0x0800,0000获取MSP堆栈指针初始值(也就是栈顶地址__initial_sp),然后从0x0800,0000获取PC指针初始值(也就是复位中断服务函数首地址),这两个地址通过MAP文件得到,

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3,总结(了解)

【10】STM32·HAL库开发-MAP文件解析 | STM32启动过程,# STM32-HAL库,stm32,嵌入式硬件,单片机,嵌入式,HAL库文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-575207.html

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  • STM32 HAL库开发——基础篇

    一、基础知识 1.1 Cortex--M系列介绍 1.2 什么是stm32 1.3 数据手册查看 1.4 最小系统和 IO 分配  1.4.1 电源电路 1.4.2 复位电路 1.4.3 BOOT 启动电路 1.4.4 晶振电路 1.4.5 下载调试电路 1.4.6 串口一键下载电路  1.4.7 IO 分配  1.4.8 总结  1.5 开发工具 1.6 下载 二、 代码、工程相关 2.1 文本美化

    2024年02月07日
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  • stm32启动过程(以F1为例)

    M3/M4/M7等内核复位后,做的第一件事: 从地址 0x0000 0000 处取出 堆栈指针 MSP 的初始值,该值为栈顶地址 从地址 0x0000 0004 处取出 程序计数器指针 PC 的初始值,该值是复位向量(Reset_Hander) 通过BOOT0和BOOT1两个引脚的输入选择启动模式 在系统复位后,sysclk的第4个上升沿,BOO

    2023年04月19日
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  • 【stm32开发笔记】基于HAL库的STM32F4添加DSP库

    本文分两种方法添加DSP库:1.CubeMX直接配置ioc添加; 2.KEIL内添加; 简述:补齐全部lib库-添加DSP包-使能DSP勾选-添加头文件及魔术棒配置-测试 1.补齐lib库。( 如果使用直接默认添加的库,是不支持FPU的,所以需要补齐后找到所需的lib文件进行替换,在MX的工程管理栏,选择复制所

    2024年02月16日
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  • 【32单片机学习】(11)STM32启动过程详解

    目录 前言 一、系统架构 二、启动配置 三、启动流程 1.首先复位MCU,获取栈顶指针MSP和PC指针的内容 2.根据PC的值找到复位中断处理函数Reset_Handler 1.进入中断处理函数Reset_Handler 2.进入SystemInit函数 3._main函数 3.进入main函数 总结          通过查阅官方手册和对实际代码进行

    2024年02月08日
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