CM3/4启动流程

1. 启动模式
2. 启动流程

1. 启动模式

复位方式有三种：上电复位，硬件复位和软件复位。
当产生复位，并且离开复位状态后，CM3/4 内核做的第一件事就是读取下列两个 32 位整数的值：

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。
从地址 0x0000 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向复位后执行的第一条指令（复位向量）。

上述过程中，内核是从 0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址获取堆栈指针 SP 和程序计数器指针 PC。事实上，0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址可以被重映射到其他的地址空间。例如：我们将 0x0800 0000 映射到 0x0000 0000，即从内部 FLASH 启动，那么内核会从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针PC 的初始值。CPU 会从 PC 寄存器指向的地址空间取出的第 1 条指令开始执行程序，就是开始执行复位中断服务程序 Reset_Handler。将 0x0000 0000 和 0x0000 0004 两个的地址重映射到其他地址空间，就是启动模式选择。
启动模式（也称自举模式）有三种，如下图所示：

根据 BOOT 引脚的电平 [0：低电平；1：高电平；x:任意电平，即高低电平均可] 选择启动模式，这两个 BOOT 引脚根据外部施加的电平来决定芯片的启动地址。（0 和 1 的准确电平范围可以查看 F4 系列数据手册 I/O 特性表，但我们最好是设置成 GND 和 VDD 的电平值）
复位后，在 SYSCLK 的第四个上升沿锁存 BOOT 引脚的值。复位后，用户可以通过设置 BOOT0 [专用引脚] 和 BOOT1 [与 PB2 引脚共用] 引脚来选择需要的自举模式。一旦完成对 BOOT1 的采样，相应 GPIO 引脚即进入空闲状态，可用于其它用途。
器件退出待机模式时，还会对 BOOT 引脚重新采样。因此，当器件处于待机模式时，这些引脚必须保持所需的自举模式配置。这样的启动延迟结束后，CPU 将从地址 0x0000 0000 获取栈顶值，然后从始于 0x0000 0004 的自举存储器开始执行代码。

1. 内部FLASH启动方式：
当芯片上电后采样到 BOOT0 引脚为低电平时，0x00000000 和 0x00000004 地址被映射到内部 FLASH 的首地址 0x08000000 和 0x08000004。因此，内核离开复位状态后，读取内部 FLASH的 0x08000000 地址空间存储的内容，赋值给栈指针 MSP，作为栈顶地址，再读取内部 FLASH的 0x08000004 地址空间存储的内容，赋值给程序指针 PC，作为将要执行的第一条指令所在的地址。完成这两个操作后，内核就可以开始从 PC 指向的地址中读取指令执行了。

2. 内部 SRAM 启动方式：
类似于内部 Flash，当芯片上电后采样到 BOOT0 和 BOOT1 引脚均为高电平时，地址0x00000000 和 0x00000004 被映射到内部 SRAM 的首地址 0x20000000 和 0x20000004，内核从SRAM 空间获取内容进行自举。在实际应用中，由启动文件 starttup_stm32f407xx.s 决定了0x00000000 和 0x00000004 地址存储什么内容，链接时，由分散加载文件(sct)决定这些内容的绝对地址，即分配到内部 FLASH 还是内部 SRAM。

3. 系统存储器启动方式：也称为 ISP 启动方式
当芯片上电后采样到 BOOT0=1，BOOT1=0 的组合时，内核将从系统存储器的 0x1FFFF000及 0x1FFFF004 获取 MSP 及 PC 值进行自举。系统存储器是一段特殊的空间，用户不能访问，ST 公司在芯片出厂前就在系统存储器中固化了一段代码。因而使用系统存储器启动方式时，内核会执行该代码，该代码运行时，会为 ISP(In System Program)提供支持，在 STM32F4 上最常见的是检测 USART1 传输过来的信息，并根据这些信息更新自己内部 FLASH 的内容，达到升级产品应用程序的目的，因此这种启动方式也称为 ISP 启动方式。

2. 启动流程

以前 ARM7/ARM9 内核的控制器在复位后，CPU 会从存储空间的绝对地址0x00000000 取出第一条指令执行复位中断服务程序的方式启动，即固定了复位后的起始地址为 0x00000000（PC =0x00000000），同时中断向量表的位置也是固定的。而 CM3/4内核复位后的起始地址和中断向量表的位置可以被重映射，重映射的方法是通过3 种启动模式来选择的（如上）。

启动流程：【以代码下载到内部 FLASH 的情况举例】

当产生复位[上电复位、硬件复位、软件复位]，并且离开复位状态后，从地址 0x0800 0000 处取出堆栈指针 MSP 的初始值，该值就是栈顶地址。 [小端：MSP=0x2000 0788]
从地址 0x0800 0004 处取出程序计数器指针 PC 的初始值，该值指向复位后执行的第一条指令。 [小端：PC=0x0800 01CD]

因为 CM3/4 使用的是向下生长的满栈，所以 MSP 的初始值必须是堆栈内存的末地址加 1。举例来说，如果你的栈区域在 0x2000 0388‐0x2000 0787（1KB 大小）之间，那么 MSP 的初始值就必须是 0x2000 0788。
向量表跟随在 MSP 的初始值之后——也就是第 2 个表目。
R15 是程序计数器，在汇编代码中，可以使用名字“PC”来访问它。ARM 规定：PC 最低两位并不表示真实地址，最低位 LSB 用于表示是 ARM 指令（0）还是 Thumb 指令（1），因为 CM3 主要执行 Thumb 指令，所以这些指令的最低位都是 1（都是奇数）。因为 CM3 内部使用了指令流水线，读 PC 时返回的值是当前指令的地址+4。比如说：【0x1000: MOV R0, PC ; R0 = 0x1004】
如果向 PC 写数据，就会引起一次程序的分支（但是不更新 LR 寄存器）。CM3/4 中的指令至少是半字对齐的，所以 PC 的 LSB 总是读回 0。然而，在分支时，无论是直接写 PC 的值还是使用分支指令，都必须保证加载到 PC 的数值是奇数（即 LSB=1），表明是在 Thumb 状态下执行。倘若写了 0，则视为转入 ARM 模式，CM3 将产生一个 fault 异常。
正因为上述原因，使用 0x0800 01CD 来表达地址 0x0800 01CC。当 0x0800 01CD 处的指令得到执行后，就正式开始了程序的执行（即去到 C 的世界）。所以在此之前初始化 MSP 是必需的，因为可能第 1 条指令还没执行就会被 NMI 或是其它 fault 打断。MSP 初始化好后就已经为它们的服务例程准备好了堆栈。

详细启动流程：
1. 硬件复位

初始化内核寄存器。
设置程序计数器（PC）为 0x08000000（Flash的起始地址）。

2. 读取初始栈指针（SP）

从Flash的起始地址（0x08000000）读取初始栈指针（SP）的值。
栈指针用于初始化栈，栈通常位于RAM的顶部。

3. 读取复位向量

从Flash的第二个字（0x08000004）读取复位处理程序（Reset_Handler）的地址。
复位向量是复位处理程序的入口地址。

4. 执行复位处理程序

设置堆和栈的起始地址。
调用 SystemInit 函数（如果存在），配置外部 SRAM 作为数据存储器（可选）和配置重映射的中断向量表地址（可选）。
跳转到 __main 函数。
1. 初始化 .data 段
data 段存储已初始化的全局变量和静态变量。这些变量的初始值存储在Flash中，将这些值复制到RAM中。
步骤1：获取 .data 段在Flash中的起始地址和大小。
步骤2：将数据从Flash复制到RAM中的目标地址。
2. 初始化 .bss 段
.bss 段存储未初始化的全局变量和静态变量。将 .bss 段对应的RAM区域清零。清零步骤如下：
步骤1：获取 .bss 段的起始地址和大小。
步骤2：将对应内存区域清零。
3. 设置堆和栈
栈（Stack）用于存储局部变量和函数调用信息。栈的大小在启动文件中定义，通常位于RAM的顶部。
堆（Heap）用于动态内存分配（如 malloc 和 free）。堆的大小也在启动文件中定义。
__main 函数根据启动文件中的定义，初始化堆和栈的起始地址和大小。
4. 调用用户的 main 函数
在完成上述初始化工作后，__main 函数会跳转到用户的 main 函数，开始执行用户代码。