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【AS32X601驱动系列教程】MCU启动详解

news 来源：原创 2025/7/17 16:41:56

在嵌入式开发领域，掌握MCU（微控制单元）的启动流程是工程师们迈向深入开发的关键一步。本文将带您深入了解MCU启动的奥秘，从编译过程到启动文件，再到链接脚本和系统时钟配置，全方位解析MCU启动流程。

在实际编程开发之前，我们首先对芯片的启动流程进行一下介绍，对于绝大多数嵌入式工程师而言，在MCU开发过程中，通常只需要完成C语言代码功能，即可利用集成开发环境编译出来芯片的可执行文件，但在此过程中，编译器进行了一系列编译操作来保证MCU可以支持C程序的运行，因此，实际的完整工程代码中，总共包含了三类文件：汇编文件、C程序代码以及链接脚本。

首先，需要明确概念，程序的编译整体包含预处理、编译、汇编、链接四个步骤。经过这四个过程之后，编译器产生MCU可识别的可执行文件，在编译的过程中，上述所提供的汇编指令代码文件同样被编译，同时依照链接脚本所提供的规则，穿插到 C 语言功能代码之间，如图所示：

在此过程中，芯片厂商会提供基础的链接文件和启动文件，以便集成开发工程管理。一般来说，芯片的启动文件需要使用汇编指令编程，用于完成上电到用户程序之前的启动操作。链接脚本则需要根据不同的编译工具链解析要求进行编写。

启动文件介绍

以AS32x601启动文件为例进行具体流程介绍，为了便于理解，将启动流程划分为三个阶段：第一阶段为系统启动必备阶段，此阶段主要完成指针初始化操作，配置全局指针GP以及栈指针SP；第二阶段为数据搬移阶段，此过程主要完成两部分操作，搬移data段数据到 RAM，清空 bss 数据段；第三阶段与平台相关，主要完成的中断配置，系统时钟初始化等，此阶段需要根据不同MCU设计自行完成，属于非必需过程。

代码详解

随便打开一个demo的IAR工程，找到如下文件双击打开：

该文件即为AS32x601的启动文件，全部由汇编指令编写，为方便讲解，截取其中有效代码如下：

定义地址段

首先，第18行开始，利用SECTION `.init`:CODE指令定义.init段，声明以下内容均包含在init段中，接下来定义全局标签_start，声明此全局标签后，链接文件中即可分配.init段地址来指定_start为处理器上电执行的第一个操作，经过以上两个步骤，即可保证此部分内容先于所有指令，从而完成上电配置。

配置全局指针GP

第40行，通过la命令，将__iar_static_base$$GPREL写入寄存器gp。

其中，__iar_static_base$$GPREL是由IAR提供的全局指针初始值，编译器会合理分配。此处需要注意，通常情况下，gp 指针定义在 data 区，有时候为了优化代码密度，可以根据实际情况修改 gp 指针的位置，如工程中定义了大量的初始化为 0 或未初始化的全局数组作为缓冲区，可以将gp指针的位置定义到bss段。

配置栈指针SP

第41行，通过la命令，将CSTACK$$Limit写入寄存器sp。

其中，_sp 是由链接脚本提供的栈指针位置，开发者应根据数据存储器大小和程序调用层次合理分配，栈指针必须保持 4 字节对齐，否则会发生加载/存储对齐错误。

加载data段

第44-54行，将data段从程序存储器搬运至数据存储器，作为可读可写的变量。

第44-46行，向寄存器a0、a1、a2加载必要数据，地址由链接脚本生成：

第47行，如果a1大于等于a2，表示没有需要搬运的数据，跳过以下循环，执行下面的工作。

第48-53 行，是一个循环结构。读出a0 指向的地址，数据写入t0 暂存。t0的数据写入 a1 指向的地址。a0+4，指向下一存储单元，因为 32bit 是4 字节。a1+4，指向下一存储单元，因为 32bit是4 字节。如果 a1 小于 a2，表示未搬运完，跳转至 49 行，进入下一次循环。如果a1等于a2，表示已经搬完了最后一个数据，退出循环，执行下面的工作。

需要说明的是，程序正常运行，还需要链接脚本的配合，对于启动文件来说，链接脚本除定义上电入口函数外，还对数据搬移过程产生影响，对于自定义的启动地址_start,则需要在链接文件中定义initialize manually，才可以在启动文件中实现数据的搬运。

清空bss段

第57-68 行，工作与data段有点类似，但是只需要清空指定位置的数据。

第57-58 行，向寄存器a0、a1加载必要数据，地址由链接脚本生成：

第59行，如果a0大于等于a1，表示没有需要清0的空间，跳过以下循环，执行下面的工作。

第61-63 行，是一个循环结构。清空a0指向的地址a0+4，指向下一存储单元，因为32bit是4字节。如果a0小于a1，表示清0未结束，跳转至32行，进入下一次循环。如果a0等于a1，表示已经清 0 了最后一个存储单元，退出循环，执行下面的工作。

中断初始化

从64行开始，启动文件进入流程第三阶段，配置中断，该过程主要操作RISC-V内核的中断寄存器。

mstatus:Machine Status Register，RISC-V架构中的一个重要控制和状态寄存器，管理和反映机器模式下的状态和控制信息。

mstatus.MIE：Machine Interrupt Enable，机器模式全局中断使能位

mstatus.MPIE：Machine Previous Interrupt Enable，机器模式先前中断使能位

mstatus.MPP：Machine Previous Privilege，机器模式之前的特权级别

mstatus.SPP：Supervisor Previous Privilege，超级模式之前的特权级别

第66-68行，设置mstatus寄存器，开启CPU全局中断；

MEIE：M模式外部中断使能位

SEIE：S模式外部中断使能位

MTIE：M模式timer中断使能位

STIE：S模式timer中断使能位

MSIE：M模式软中断使能位

SSIE：S模式软中断使能位

第71-73行，配置MIE寄存器，开启外部中断；

Direct模式：所有的中断和异常使用同一个中断入口地址，一般都会设置为这种模式。

Vectored模式：所有异常使用同一个入口地址，但是不同的中断使用不同的入口地址。

第76-77行，使用Direct模式，设置中断向量表入口地址TrapEntry，再由as32x601_trapentry.S找到PLIC_TrapHandler。

链接配置文件说明

AS32x601芯片提供了最大2MB的P-Flash和512kb的D-flash及512kb的SRAM。链接配置文件（.icf）作用等同于GCC工具链下的链接文件（.ld）,用来描述系统内存分区，定义内存大小，分配数据段存储位置，设置堆栈等，以本芯片为例，编写如下：

第10行，保留符号__iar_cstart_init_gp，该符号在启动代码cstartup.s定义，保留符号意味着即使它未被直接引用，也不会被链接器优化掉。

第12行，定义总体内存空间，包含数据存储区，程序存储区，最大为4G，可直接设置为最大，不影响实际效果；

第14-15行，定义RAM、ROM区间地址以及大小；

第17行，手动初始化.data段。这意味着.data段的内容需要在程序启动时从其他位置（如ROM）复制到RAM中；

第18行，不对以.noinit结尾的段进行初始化。这些段的内容在程序启动时保持不变；

第20-21行，定义堆栈大小以及对齐方式，此处CSTACK_SIZE和HEAP_SIZE代表此处大小由iar软件获取，也可直接进行固定设置，单位为字节；

第23-29行，定义了RW_DATA、RW_DATA_INIT、RW_BSS和RW_DATA_ALL，可供启动文件调用；

第30行，将只读的初始化代码段.init放置在ROM_region32的起始位置。这个段包含启动代码，负责初始化程序的运行环境；

第30行，将只读段（包括代码和常量数据）以及RW_DATA_INIT块放置在ROM_region32中。这意味着初始化数据将与代码一起存储在ROM中。

第31行，将RW_DATA_ALL块（包含.data和.bss段）、HEAP块和CSTACK块放置在RAM_region32中。这确保了可读写数据、堆和栈在RAM中进行操作，以实现快速访问和修改。

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