详细介绍：【ARMv7】系统复位上电后的程序执行过程

引子：

对于ARMv7-M系列SOC来说，上电后程序复位执行的过程相对来说比较简单，因为绝大部分芯片，都是XIP（eXecute In Place，就地执行）模式执行程序，不需要通过BooROM->PL(preloader)->SBL(second bootloader)->Kernel这样的复杂加载过程。XIP的工具复位执行的总体流程如下图（以STM32F407为例）：

阶段1：硬件自动初始化

1. SOC上电或复位

• 当STM32F407上电或接收到复位信号时，芯片开始启动过程

• 内部电压调节器、时钟平台开始工作

2. CPU读取地址 0x0000_0000

• ARM Cortex-M4内核从内存映射的0x0000_0000地址读取第一个值

• 在STM32F407中，这个地址映射到Flash存储器起始位置（0x0800_0000）

• 读取的值被加载到主堆栈指针（MSP）中

3. 加载值到MSP

• 读取的32位值作为初始堆栈指针值

• 堆栈通常设置在RAM的起始位置加上栈大小（如0x2000_0000 + RAM大小）

4. CPU读取地址 0x0000_0004

• CPU继续读取下一个32位地址（0x0000_0004）

• 这个地址涵盖复位向量的值

5. 加载值到PC（复位向量）

• 从0x0000_0004读取的值被加载到程序计数器（PC）

• 这个值指向Reset_Handler函数的地址

• CPU开始执行Reset_Handler处的代码

阶段2：软件初始化（Reset_Handler）

6. PC跳转到Reset_Handler()

• CPU开始执行启动资料（如startup_stm32f407xx.s）中的Reset_Handler函数

• 芯片上电后执行的第一段程序代码就是这

7. 堆栈设置判断

• 检查是否需要设置多堆栈（进程堆栈PSP）

• 对于大多数应用，只使用主堆栈（MSP）

8. C环境设置

复制.data段从Flash到RAM

• 将已初始化的全局变量和静态变量从Flash复制到RAM

• 采用链接器定义的符号：

  • _sidata: .data段在Flash中的起始地址

  • _sdata: .data段在RAM中的起始地址

  • _edata: .data段在RAM中的结束地址

在RAM中清零.bss段

• 将未初始化的全局变量和静态变量所在的内存区域清零

• 使用链接器定义的符号：

  • _sbss: .bss段的起始地址

  • _ebss: .bss段的结束地址

9. 系统初始化

调用SystemInit()函数

• 在system_stm32f4xx.c文件中定义

• 关键配置：

  • 时钟配置：启用PLL，设置系统时钟为168MHz

  • 总线分频器：配置AHB、APB1、APB2总线时钟

  • Flash延迟：设置Flash等待状态，确保在高速时钟下可靠运行

  • 电源控制：配置电源管理相关设置

10. （可选）初始化C库

• 如果需要，初始化C标准库

• 设置堆（heap）和标准I/O等

阶段3：应用程序启动

11. 跳转到main()函数

• 所有初始化搞定后，跳转到用户编写的main()函数

• 此时：

  • 时钟系统已正确配置

  • 内存已正确初始化

  • 外设寄存器处于默认状态

12. C应用程序运行

• 用户应用程序开始执行

• 可以安全地初始化外设、创建任务、处理中断等

STM32F407特定细节

• Flash基地址：0x0800_0000

• RAM基地址：0x2000_0000（112KB或192KB，取决于型号）

• 系统时钟：最高168MHz

• 向量表：位于Flash起始位置，包含中断服务例程的地址

这个启动过程确保了硬件和软件环境在main()函数执行前都已正确初始化，为应用程序提供了稳定可靠的运行基础。