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平时编写 STM32 程序，通常从main()开始。但芯片上电后，需要先设置栈指针、找到程序入口、配置系统时钟，并准备好 C 程序的运行环境，才能执行main()。

本文以STM32F407、Keil MDK 和标准外设库工程为例，整理启动文件中的主要知识点。

一、从上电到 main() 的完整过程

在选择从内部 Flash 启动的情况下，基本过程如下：

芯片上电或复位 ↓ CPU 通过启动地址映射读取向量表 ↓ 将向量表第一项加载到主栈指针 MSP ↓ 根据向量表第二项进入 Reset_Handler ↓ 调用 SystemInit()，配置系统时钟等 ↓ 进入 C 运行库 __main，准备 C 运行环境 ↓ 调用用户编写的 main()

其中，读取初始栈顶和复位入口，是 CPU 复位硬件自动完成的。随后，CPU 才开始执行Reset_Handler中的指令。

二、CPU 为什么能找到启动代码？

启动文件经过汇编、链接后，会和其他代码一起写入 Flash。CPU 运行时使用的是机器指令和数据，源文件名只用于开发阶段。

CPU 能找到启动代码，是因为硬件与链接布局遵循同一个约定：启动向量表的前两个 32 位数据，分别保存初始栈顶和复位入口。

假设程序从 Flash 起始地址0x08000000开始存放：

每项占 4 字节，因此第二项的地址比第一项多 4。

STM32F407 从 Flash 启动时，会把 Flash 映射到从0x00000000开始的启动地址空间。因此，CPU 复位时读取0x00000000和0x00000004，就能读到 Flash 中的这两项。

地址映射不会把 Flash 内容复制一遍，只是让同一块存储器可以通过另一个地址访问。

一个具体例子

假设编译后的内容如下，地址仅用于说明：

复位后，CPU 自动完成：

读取第一项 → MSP = 0x20001000 读取第二项 → 根据 0x08000201 设置执行状态 从 0x08000200 开始执行指令

Cortex-M4 使用 Thumb 指令集，因此入口地址值的最低位需要为 1。

三、启动文件中的栈配置

启动文件中常见以下代码：

Stack_Size EQU 0x00000400 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 Stack_Mem SPACE Stack_Size __initial_sp

这段代码描述了一块大小为 1 KB 的栈区域。

这些是汇编器和链接器使用的定义。链接器会根据工程配置，为这块区域安排 RAM 地址。

栈在 RAM 中是什么样的？

假设这 1 KB 栈从0x20000000开始：

高地址 0x20000400 ← __initial_sp，初始 MSP 0x200003FF ← 栈区域最后一个字节 ... 0x20000000 ← Stack_Mem，栈区域第一个字节 低地址

实际保留的范围是：

0x20000000 ～ 0x200003FF

初始栈指针指向这块区域上边界的下一个地址0x20000400。

STM32F407 使用向低地址增长的栈：入栈时，栈指针减小；出栈时，栈指针增大。

栈有什么用？

栈主要用于保存：

• 函数调用时需要保留的寄存器和返回信息。
• 需要放入内存的局部变量。
• 部分函数参数。
• 中断发生时的 CPU 现场。

局部变量和函数参数是否使用栈，还取决于编译器。有些值可以直接保存在寄存器中。

例如，一次普通中断进入时，CPU 的基本异常栈帧包含 8 个寄存器值，共 32 字节：

R0、R1、R2、R3、R12、LR、PC、xPSR

假设没有额外对齐填充和浮点上下文：

中断前：MSP = 0x20000400 保存 32 字节： MSP = 0x20000400 - 0x20 = 0x200003E0 中断返回，恢复现场后： MSP = 0x20000400

中断处理函数自身还可能继续使用栈，因此一次中断的总栈开销可能超过 32 字节。

栈空间不够会怎样？

如果函数调用层次较深、局部数组较大，或者中断嵌套较多，栈就可能超过预留范围，覆盖其他 RAM 数据，造成异常结果或 HardFault。

例如：

void test(void) { volatile unsigned char buffer[2048]; buffer[0] = 1; buffer[2047] = 2; }

如果编译器为这个局部数组分配栈空间，它本身就需要 2 KB，已经超过示例中的 1 KB 栈。

HardFault 有很多原因，栈溢出只是其中一种。

四、中断向量表是什么？

中断向量表可以理解为一张“入口地址表”。CPU 根据异常或中断编号，从表中找到对应的处理函数。

启动文件中的部分定义如下：

__Vectors DCD __initial_sp DCD Reset_Handler DCD NMI_Handler DCD HardFault_Handler

DCD用于定义 32 位数据。这里保存的是地址值。

需要特别注意：

• 第一项保存的是初始栈顶地址。
• 从第二项开始，保存异常或中断处理函数的入口地址。
• 这张表通常在编译、链接时就已生成，并随程序烧录到 Flash。

例如，向量表中有一项：

DCD EXTI0_IRQHandler

配置并使能相应的外部中断后，CPU 响应 EXTI0 中断时，就会通过该项找到处理函数。

void EXTI0_IRQHandler(void) { /* 判断并清除中断标志，然后处理事件 */ }

向量表只提供入口地址。要让中断正常发生，还需要配置外设、中断线路和 NVIC。

五、Reset_Handler 做了什么？

当前工程的复位处理代码核心如下：

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

执行顺序是：

Reset_Handler ↓ SystemInit() ↓ __main

几个关键写法的含义：

这里的SystemInit()返回后，会继续执行跳转到__main的代码。

六、SystemInit() 怎样配置系统时钟？

STM32F407 复位后，先使用内部HSI 16 MHz时钟运行，因此 CPU 可以执行启动代码和SystemInit()。

在当前标准外设库工程中，SystemInit()会调用SetSysClock()，主要完成：

1. 使能外部高速振荡器 HSE。
2. 等待外部晶振起振并稳定。
3. 配置 PLL 的分频和倍频参数。
4. 使能 PLL，并等待锁定。
5. 配置总线分频、Flash 等待周期等。
6. 将系统时钟切换到 PLL 输出。

25 MHz 晶振如何得到 168 MHz？

当前板子的外部晶振为25 MHz，工程配置为：

#define PLL_M 25 #define PLL_N 336 #define PLL_P 2

对应计算：

25 MHz ÷ 25 = 1 MHz 1 MHz × 336 = 336 MHz 336 MHz ÷ 2 = 168 MHz

即：

系统时钟 = 晶振频率 ÷ PLL_M × PLL_N ÷ PLL_P = 25 MHz ÷ 25 × 336 ÷ 2 = 168 MHz

随后分配给不同总线：

这里列的是总线时钟。部分外设还会使用单独的分频或倍频规则，例如定时器时钟不能始终直接等同于 APB 时钟。

25 MHz 是软件设置出来的吗？

板上晶振的标称频率由硬件决定。软件使能振荡电路，并配置后续 PLL 和分频器。

例如：

#define HSE_VALUE 25000000

这个宏告诉软件外部时钟频率是多少。修改它不会改变晶振本身的振荡频率。

上述 168 MHz 配置对应当前标准外设库工程。其他工程可能在不同位置配置时钟，例如某些 HAL 工程会在main()中调用SystemClock_Config()。