【HC32L110】华大低功耗单片机启动文件详解

2024-04-19 17:36
文章标签 启动 详解 单片机 低功耗 华大 hc32l110

本文主要是介绍【HC32L110】华大低功耗单片机启动文件详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

本文主要记录华大低功耗单片机 HC32L110 的 汇编启动过程，包括startup_hc32l110启动文件详细注释

目录

  • 1.启动文件的作用
  • 2.堆栈定义
    • 2.1 栈
    • 2.2堆
  • 3.向量表
  • 4.复位程序
  • 5.中断服务程序
  • 6.堆栈初始化
  • 启动过程详解
    • 7.1从0地址开始
    • 7.2在Reset_Handler中干了啥？
  • 8.启动过程总结
  • 9. startup.s 文件注释

1.启动文件的作用

启动文件为 startup_hc32l110.s，启动文件中完成了：

  • 堆和栈的初始化

    • 包括堆栈的大小，主栈指针 MSP 的初始值

  • 向量表定义

    • 定义各MSP的初值以及中断服务函数的入口地址

  • 中断服务程序

  • 设置系统时钟频率 （在复位中断服务程序Reset_handler中调用系统时钟频率初始化程序）

  • 中断寄存器初始化

  • 进入C的main函数

2.堆栈定义

2.1 栈

栈的作用是用于局部变量，函数调用，函数形参等的开销，栈的大小不能超过内部SRAM 的大小。当程序较大时，需要修改栈的大小，不然可能会出现的HardFault的错误。

  • EQU是伪指令，相当于C 中的 define。
  • ARER 伪指令表示下面将开始定义一个代码段或者数据段
  • ARER 后面的关键字表示这个段的属性。段名为STACK，可以任意命名；NOINIT 表示不初始化；READWRITE 表示可读可写，ALIGN=3，表示按照 8 字节对齐。
  • SPACE 用于分配大小等于 Stack_Size连续内存空间，单位为字节。
  • __initial_sp表示栈顶地址。栈是由高向低生长的
; Stack Configuration
; Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>Stack_Size      EQU     0x00000100AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3   
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp; 定义栈大小为  0x100     256字节
; 定义一个数据段，8字节对齐，名称为 STACK ，数据段不初始化，仅仅保留内存单元，可读可写
; 分配一段大小为 Stack_Size 的连续内存空间，并初始化为0
; 表示栈顶指针地址

2.2堆

堆主要用来动态内存的分配，像 malloc()函数申请的内存就在堆中。

; Heap Configuration
;  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>Heap_Size       EQU     0x00000400AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit; 定义堆大小为  0x400     1024字节
; 定义一个数据段，8字节对齐，名称为 HEAP ，数据段不初始化，仅仅保留内存单元，可读可写
; __heap_base放置在SPACE之前表示堆的起始地址。
; 分配一段大小为 Heap_Size 的连续内存空间，并初始化为0
; __heap_limit放置在SPACE之后表示堆的结束地址。PRESERVE8   ; 指示编译器8字节对齐THUMB       ; 指示编译器以后的指令为THUMB指令

3.向量表

向量表本质上是一个U32的数组，每个元素代表一种异常，中断向量表 存放的实际上是中断服务程序的入口地址。当异常（也即是中断事件）发生时，CPU 的中断系统会将相应的入口地址赋值给 PC 程序计数器，之后就开始执行中断服务程序。 在地址 0 （即 FLASH 地址 0）处必须包含一张向量表，用于初始时的异常分配。

  • EXPORT将标识符申明为可被外部引用
  • DCD 表示分配 1 个 4 字节的空间
; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
;中断向量表定义AREA    RESET, DATA, READONLY     ;定义只读数据段，名字是REST;EXPORT：在程序中声明一个全局的标号__Vectors，;该标号可在其他的文件中引用EXPORT  __Vectors                 ;表示向量表的起始地址EXPORT  __Vectors_End             ;表示向量表的结束地址EXPORT  __Vectors_Size            ;表示向量表的大小; 中断向量表
__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of StackDCD     Reset_Handler             ; ResetDCD     NMI_Handler               ; NMIDCD     HardFault_Handler         ; Hard FaultDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     SVC_Handler               ; SVCallDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     PendSV_Handler            ; PendSVDCD     SysTick_Handler           ; SysTick………………省略一部分__Vectors_End__Vectors_Size 	EQU     __Vectors_End - __Vectors

4.复位程序

复位程序是系统上电后执行的第一个程序

; Reset Handler;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干过程;使得程序结构明晰
Reset_Handler   PROC                                    ;过程开始EXPORT  Reset_Handler             [WEAK] ;weak 符号表示 该函数可以在外部重写IMPORT  SystemInit                       ; IMPORT表示函数是从外部带入的，代码中的系统初始化程序IMPORT  __main;reset NVIC if in rom debugLDR     R0, =0x20000000        ; 将ram 地址写入R0寄存器LDR     R2, =0x0			   ;将 flash 0地址写入R2寄存器MOVS    R1, #0                 ; for warning,  将立即数0 写入R1寄存器ADD     R1, PC,#0              ; for A1609W,   将PC初值+0 写入R1寄存器CMP     R1, R0				   ; 比较RAM首地址与 flash 首地址的值 BLS     RAMCODE                ; 若满足小于等于，则跳转; ram code base address. ADD     R2, R0,R2
RAMCODE; reset Vector table address.LDR     R0, =0xE000ED08       ; ?????????????STR     R2, [R0]LDR     R0, =SystemInit         ;执行初始化，BLX     R0LDR     R0, =__main             ;__main是C库函数 想要使用__main这个C库函数 必须勾选微库选项BX      R0ENDP

5.中断服务程序

我们平时要使用哪个中断，就需要编写相应的中断服务程序，只是启动文件把这些函数留出来了，但是内容都是空的，真正的中断复服务程序需要我们在外部的 C 文件里面重新实现，这里只是提前占了一个位置罢了。

B . 表示无线循环，类似于while(1)

6.堆栈初始化

堆栈初始化是由一个IF条件来实现的，MICROLIB的定义与否决定了堆栈的初始化方式。如果没有定义__MICROLIB ， 则会使用双段存储器模式，

且声明了__user_initial_stackheap 具有全局属性，这需要开发者自己来初始化堆栈。

; User Initial Stack & Heap                      ;堆和栈的初始化IF      :DEF:__MICROLIB          ;如果定义了MICORLIB,使用微库EXPORT  __initial_sp            ; 赋予【栈顶地址】【堆起始地址】【堆结束地址】全局的属性EXPORT  __heap_base             ; 可在外部使用EXPORT  __heap_limitELSE      ;如果使用默认的C库IMPORT  __use_two_region_memory ;通知编译器要使用的标号在其他文件EXPORT  __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheapLDR     R0, =  Heap_Mem                 ;保存堆始地址LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)   ;保存栈的大小LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)   ;保存堆的大小LDR     R3, = Stack_Mem                 ;保存栈顶指针BX      LRALIGN                                   ;填充字节使地址对齐ENDIFEND

启动过程详解

7.1从0地址开始

ARM 内核单片机的启动方式都是如下图流程：

image-20240419151911263

通过以上分析可知，flash 的0 地址存储这中断向量表。

  • 单片机从 flash 的 0 地址取出数据赋给MSP指针，然后从 0+ 4 地址处取出值赋值给PC
  • 此时 SP = 栈顶地址 PC = Reset_Handler，程序从复位开始执行

image-20240419152505491

7.2在Reset_Handler中干了啥？

  • Reset_Handler仅仅执行了两个函数调用,一个是SystemInit，另一个__main,
  • SystemInit定义在system_hc32xxxx.c中,主要初始化了系统时钟系统:RCH,RCL,XTH,XTL,PLL,SystemClk,HCLK,PCLK等等.
  • __main函数由编译器生成，负责初始化栈、堆等，并在最后跳转到用户自定义的main()函数，来到C的世界

8.启动过程总结

  • ;先在RAM中分配系统使用的栈，RAM的起始地址为0x2000_0000
  • ;然后在RAM中分配变量使用的堆
  • ;然后在CODE区(flash)分配中断向量表，flash的起始地址为0x0000_0000，该中断向量表就从这个起始地址开始分配
  • ;分配完成后，再定义和实现相应的中断函数，
  • ;所有的中断函数全部带有[weak]特性，即弱定义，如果编译器发现在别处文件中定义了同名函数，在链接时用别处的地址进行链接。
  • ;中断函数仅仅实现了Reset_Handler,其他要么是死循环，要么仅仅定义了函数名称
  • ;HC32被设置为从内部FLASH启动时（这也是最常见的一种情况），当HC32遇到复位信号后，
  • ;从0x0000_0000处取出栈顶地址存放于MSP寄存器，从0x0000_0004处取出复位中断服务入口地址放入PC寄存器，
  • ;继而执行复位中断服务程序Reset_Handler，
  • ;Reset_Handler仅仅执行了两个函数调用,一个是SystemInit，另一个__main,
  • ;SystemInit定义在system_hc32xxxx.c中,主要初始化了HC的时钟系统:RCH,RCL,XTH,XTL,PLL,SystemClk,HCLK,PCLK等等.
  • ;__main函数由编译器生成，负责初始化栈、堆等，并在最后跳转到用户自定义的main()函数，来到C的世界

9. startup.s 文件注释

;/******************************************************************************
;* Copyright (C) 2017, Xiaohua Semiconductor Co.,Ltd All rights reserved.
;*
;* This software is owned and published by:
;* Xiaohua Semiconductor Co.,Ltd ("XHSC").
;*
;* BY DOWNLOADING, INSTALLING OR USING THIS SOFTWARE, YOU AGREE TO BE BOUND
;* BY ALL THE TERMS AND CONDITIONS OF THIS AGREEMENT.
;*
;* This software contains source code for use with XHSC
;* components. This software is licensed by XHSC to be adapted only
;* for use in systems utilizing XHSC components. XHSC shall not be
;* responsible for misuse or illegal use of this software for devices not
;* supported herein. XHSC is providing this software "AS IS" and will
;* not be responsible for issues arising from incorrect user implementation
;* of the software.
;*
;* Disclaimer:
;* XHSC MAKES NO WARRANTY, EXPRESS OR IMPLIED, ARISING BY LAW OR OTHERWISE,
;* REGARDING THE SOFTWARE (INCLUDING ANY ACOOMPANYING WRITTEN MATERIALS),
;* ITS PERFORMANCE OR SUITABILITY FOR YOUR INTENDED USE, INCLUDING,
;* WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTY OF MERCHANTABILITY, THE IMPLIED
;* WARRANTY OF FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE OR USE, AND THE IMPLIED
;* WARRANTY OF NONINFRINGEMENT.
;* XHSC SHALL HAVE NO LIABILITY (WHETHER IN CONTRACT, WARRANTY, TORT,
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;* LIMITATION, DAMAGES FOR LOSS OF BUSINESS PROFITS, BUSINESS INTERRUPTION,
;* LOSS OF BUSINESS INFORMATION, OR OTHER PECUNIARY LOSS) ARISING FROM USE OR
;* INABILITY TO USE THE SOFTWARE, INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, ANY DIRECT,
;* INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES OR LOSS OF DATA,
;* SAVINGS OR PROFITS,
;* EVEN IF Disclaimer HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
;* YOU ASSUME ALL RESPONSIBILITIES FOR SELECTION OF THE SOFTWARE TO ACHIEVE YOUR
;* INTENDED RESULTS, AND FOR THE INSTALLATION OF, USE OF, AND RESULTS OBTAINED
;* FROM, THE SOFTWARE.
;*
;* This software may be replicated in part or whole for the licensed use,
;* with the restriction that this Disclaimer and Copyright notice must be
;* included with each copy of this software, whether used in part or whole,
;* at all times.
;*/
;/*****************************************************************************/;/*****************************************************************************/
;/*  Startup for ARM                                                          */
;/*  Version     V1.2                                                         */
;/*  Date        2016-06-02                                                   */
;/*  Target-mcu  {MCU_SERIES}                                                 */
;/*****************************************************************************/; Stack Configuration
; Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>Stack_Size      EQU     0x00000100AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3   
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp; 定义栈大小为  0x100     256字节
; 定义一个数据段，8字节对齐，名称为 STACK ，数据段不初始化，仅仅保留内存单元，可读可写
; 分配一段大小为 Stack_Size 的连续内存空间，并初始化为0
; 表示栈顶指针地址; Heap Configuration
;  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>Heap_Size       EQU     0x00000400AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit; 定义堆大小为  0x400     1024字节
; 定义一个数据段，8字节对齐，名称为 HEAP ，数据段不初始化，仅仅保留内存单元，可读可写
; __heap_base放置在SPACE之前表示堆的起始地址。
; 分配一段大小为 Heap_Size 的连续内存空间，并初始化为0
; __heap_limit放置在SPACE之后表示堆的结束地址。PRESERVE8   ; 指示编译器8字节对齐THUMB       ; 指示编译器以后的指令为THUMB指令; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
;中断向量表定义AREA    RESET, DATA, READONLY     ;定义只读数据段，名字是REST;EXPORT：在程序中声明一个全局的标号__Vectors，;该标号可在其他的文件中引用EXPORT  __Vectors                 ;表示向量表的起始地址EXPORT  __Vectors_End             ;表示向量表的结束地址EXPORT  __Vectors_Size            ;表示向量表的大小; 中断向量表
__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of StackDCD     Reset_Handler             ; ResetDCD     NMI_Handler               ; NMIDCD     HardFault_Handler         ; Hard FaultDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     SVC_Handler               ; SVCallDCD     0                         ; ReservedDCD     0                         ; ReservedDCD     PendSV_Handler            ; PendSVDCD     SysTick_Handler           ; SysTickDCD     IRQ000_Handler            ; DCD     IRQ001_Handler            ; DCD     IRQ002_Handler            ; DCD     IRQ003_Handler            ; DCD     IRQ004_Handler            ; DCD     IRQ005_Handler            ; DCD     IRQ006_Handler            ; DCD     IRQ007_Handler            ; DCD     IRQ008_Handler            ; DCD     IRQ009_Handler            ; DCD     IRQ010_Handler            ; DCD     IRQ011_Handler            ; DCD     IRQ012_Handler            ; DCD     IRQ013_Handler            ; DCD     IRQ014_Handler            ; DCD     IRQ015_Handler            ; DCD     IRQ016_Handler            ; DCD     IRQ017_Handler            ; DCD     IRQ018_Handler            ; DCD     IRQ019_Handler            ; DCD     IRQ020_Handler            ; DCD     IRQ021_Handler            ; DCD     IRQ022_Handler            ; DCD     IRQ023_Handler            ; DCD     IRQ024_Handler            ; DCD     IRQ025_Handler            ; DCD     IRQ026_Handler            ; DCD     IRQ027_Handler            ; DCD     IRQ028_Handler            ; DCD     IRQ029_Handler            ; DCD     IRQ030_Handler            ; DCD     IRQ031_Handler            ; __Vectors_End__Vectors_Size 	EQU     __Vectors_End - __VectorsAREA    |.text|, CODE, READONLY         ;代码段定义，只读; Reset Handler;利用PROC、ENDP这一对伪指令把程序段分为若干过程;使得程序结构明晰
Reset_Handler   PROC                                    ;过程开始EXPORT  Reset_Handler             [WEAK] ;weak 符号表示 该函数可以在外部重写IMPORT  SystemInit                       ; IMPORT表示函数是从外部带入的，代码中的系统初始化程序IMPORT  __main;reset NVIC if in rom debugLDR     R0, =0x20000000LDR     R2, =0x0MOVS    R1, #0                 ; for warning, ADD     R1, PC,#0              ; for A1609W, CMP     R1, R0BLS     RAMCODE; ram code base address. ADD     R2, R0,R2
RAMCODE; reset Vector table address.LDR     R0, =0xE000ED08 STR     R2, [R0]LDR     R0, =SystemInitBLX     R0LDR     R0, =__main             ;__main是C库函数 想要使用__main这个C库函数 必须勾选微库选项BX      R0ENDP; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified); B       .  表示原地跳转(即无限循环)，等同于while(1);
NMI_Handler     PROCEXPORT  NMI_Handler               [WEAK]B       .                                       ENDP  
HardFault_Handler\PROCEXPORT  HardFault_Handler         [WEAK]B       .ENDP
SVC_Handler     PROCEXPORT  SVC_Handler               [WEAK]B       .ENDP
PendSV_Handler  PROCEXPORT  PendSV_Handler            [WEAK]B       .ENDP
SysTick_Handler PROCEXPORT  SysTick_Handler           [WEAK]B       .ENDPDefault_Handler PROCEXPORT  IRQ000_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ001_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ002_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ003_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ004_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ005_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ006_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ007_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ008_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ009_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ010_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ011_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ012_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ013_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ014_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ015_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ016_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ017_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ018_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ019_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ020_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ021_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ022_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ023_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ024_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ025_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ026_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ027_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ028_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ029_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ030_Handler               [WEAK]EXPORT  IRQ031_Handler               [WEAK]IRQ000_Handler
IRQ001_Handler
IRQ002_Handler
IRQ003_Handler
IRQ004_Handler
IRQ005_Handler
IRQ006_Handler
IRQ007_Handler
IRQ008_Handler
IRQ009_Handler
IRQ010_Handler
IRQ011_Handler
IRQ012_Handler
IRQ013_Handler
IRQ014_Handler
IRQ015_Handler
IRQ016_Handler
IRQ017_Handler
IRQ018_Handler
IRQ019_Handler
IRQ020_Handler
IRQ021_Handler
IRQ022_Handler
IRQ023_Handler
IRQ024_Handler
IRQ025_Handler
IRQ026_Handler
IRQ027_Handler
IRQ028_Handler
IRQ029_Handler
IRQ030_Handler
IRQ031_HandlerB .ENDPALIGN             ;填充字节使地址对齐; User Initial Stack & Heap                      ;堆和栈的初始化IF      :DEF:__MICROLIB          ;如果定义了MICORLIB,使用微库EXPORT  __initial_sp            ; 赋予【栈顶地址】【堆起始地址】【堆结束地址】全局的属性EXPORT  __heap_base             ; 可在外部使用EXPORT  __heap_limitELSE      ;如果使用默认的C库IMPORT  __use_two_region_memory ;通知编译器要使用的标号在其他文件EXPORT  __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheapLDR     R0, =  Heap_Mem                 ;保存堆始地址LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)   ;保存栈的大小LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)   ;保存堆的大小LDR     R3, = Stack_Mem                 ;保存栈顶指针BX      LRALIGN                                   ;填充字节使地址对齐ENDIFEND

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