ARM Cortex-M 启动代码的使用

Cortex-M 启动代码的使用

    上一篇扯了一些关于启动代码的原理，了解了额原理不去使用意义就没有那么大了，了解了启动代码不是终极目的，我们的目的是深入理解Cortex-M系列MCU的底层原理，并应用到实际的产品中，加速开发，提升产品稳定性；下面就小编我的实际使用经历来看一下，启动代码的具体应用。

    启动代码的本质是在程序进入用户代码（main函数）之前初始化向量表、完成分散加载以及C语言运行环境初始化的一段代码，可以说你需要在进入用户代码（main函数）之前需要搞定的工作都可以放在这里来完成，而且有些代码放到启动代码里面去完成会比在用户代码，main函数最开始完成效果要好得多。

1、如何在启动代码中调用函数？以及什么样的函数不能再启动代码中被调用？

    因为默认的标准的启动代码主要工作是在Reset_Handler里面完成的，调用函数一般也会再这里。

Reset_Handler   PROC

                EXPORT  Reset_Handler               [WEAK]

                IMPORT  SystemInit

                IMPORT  __main

                LDR     r0, =SystemInit

                BLX     r0

                LDR     r0, =__main

                BX      r0

                ENDP

    上面代码展示了如何在Reset_Handler导入并调用SystemInit()函数，首先导入SystemInit()函数的标号

                IMPORT  SystemInit

    然后调用函数，当然这里是用汇编语言来完成的

LDR     r0, =SystemInitBLX     r0

    看不懂的童鞋自己去补汇编课哈。所以在启动代码的汇编语言里调用C语言函数都可以使用以上两步：

    （1）导入函数标号；   

    （2）调用这个函数；

    当然这里有几点注意事项，这里不是所有函数都可以在汇编语言中调用的，因为此时__main还没有运行，C语言运行环境还没有被完整搭建起来，堆栈也没有初始化完成，所以要注意：

    （1）调用的C函数参数不能超过4个，不用可以，但用的话不能超过4个参数，原因是在Cortex-M体系MCU中，函数的1-4个形参会压进R0-R3这4个通用寄存器（Cortex-M系列MCU，M0也好、M3也好、M4也好都只有16个通用寄存器，内部寄存器结构去参照ARM官方的白皮书）如果有第五个参数，这个参数会被压栈，但因为此时__main还没有运行，堆栈没有被初始化所以此时如果函数有超过4个以上的参数，会导致程序跑飞；

    （2）不要把需要调用的函数写到__main之后，因为没有意义，程序不会跑到那里；

2、什么样的功能或者函数适合放在启动代码中启动或者执行？在main()函数里面执行不行吗？有什么区别？

    这个问题的关键就是__main（不是main函数是__main，在上一篇文章中有对他们两个区别的详细论述），说白了启动代码中以及main()函数或用户代码中的最大区别就是是在__main之前还是之后。

    下面小编我罗列几种适合在启动代码中执行即__main之前执行，效果好过在main()函数中执行即__main之后执行的几种典型情况：

    （1）FPU（浮点协处理单元）初始化：

    准确的说这个是必须在启动代码里面也就是__main之前执行的代码，FPU只在Cortex-M4&Cortex-M7以及刚刚发布的Cortex-M33中才有，Cortex-M3&Cortex-M0/M0+中没有，原因是__main中会初始化浮点C的浮点库，如果在这之前浮点硬件没有被初始化，程序会直接挂掉跑飞。当然你也可以选择不用FPU，在开发环境的编译器选项中都会有这个选项，即不启用FPU，这样你就可以不去初始化FPU了，程序也不会有问题，但只要你用FPU，你就要在__main之前初始化FPU，以LPC54608为例FPU初始化代码集成在了SystemInit函数中，我也用过有单独函数去初始化FPU的MCU，代码基本上都是厂商SDK里面会提供的，你只需要调用就好了；

    （2）片外SRAM/SDRAM初始化：

    有很多有过开发经验的老同志马上跳起来了“老子之前用过片外SDRAM，是在main()函数里面才初始化的，也没出过问题，你别在这瞎BB。”原因是这样的，看情况，看你是否要把一部分RW/ZI数据段放到片外片外SRAM/SDRAM上去初始化，就是说看你是否需要要分散加载过程作用到你的片外SRAM/SDRAM。如果要，那就需要在启动代码__main之前调用片外SRAM/SDRAM的初始化函数；如果不要，则无所谓，在main函数里面初始化片外SRAM/SDRAM也行。

    你也许会问，什么情况下我们需要分散加载作用到片外SRAM/SDRAM？（分散加载以后会专门开几篇文章来讨论，这里先过）其实有很多种情况，以后讨论分散加载再细说，这里先举个例子，还是拿LPC54608来举例，其他Cortex-M类的MCU情况相同，LPC54608片内有200KB的SRAM，最大连续的SRAM有128KB，另外72KB与这128KB的SRAM在地址上不连续，这是一个细节（大家在选择MCU时也要注意地址的连续性）比如我要开一个150K的BUFFER，来缓存我程序中间的数据，看似LPC54608片内有200KB的SRAM可以实现150K的BUFFER，但实际不然，编译器无法跨地址来分配这种BUFFER，也就是说实际的课分配单一最大BUFFER为128KB，但是你要150KB，所以没办法，你要外扩SDRAM，因为这个BUFFER为编译器去分配空间以及初始化的，所以必然会被计算为RW/ZI数据段，这样这个数据段就需要被分散加载，这就需要把外扩SDRAM的初始化代码放到__main之前，这样__main才会知道片外有一个SDRAM的空间需要被初始化（这也需要分散加载脚本文件的配合，以后文章再细说）。也有其他情况需要在启动代码中初始化SDRAM的，所以个人建议片外SRAM/SDRAM初始化最好放到启动代码里面就是__main之前，因为这样基本不会错，放到用户代码里面会有很多情况Cover不到。

    （3）看门狗的开关、低电压检测等初始化：

    有些厂商的MCU会在芯片的BOOTROM里面打开看门狗，可以理解为一上电看门狗就开了，有些厂商则不然，需要根据应用自己去开关开门狗；这里的核心问题是__main的运行时间，考虑到这个因素，我强烈建议把看门狗，低电压检测等功能放到启动代码中也就是__main之前来初始化。

    __main的运行时间？？？纳尼？？什么鬼？？没错，这是一个很重要的隐形要素，__main的运行时间是根据你的用户代码来决定的，还记得上篇文章中提到__main的功能吗？

    初始化堆栈

    初始化C Library

    分散加载

    所以使用MacroLib速度就会快一些，使用标准C Lib会慢一点，分散加载内容多会慢一点，反之会快一些，当然也跟MCU的主频相关，主频高速度也会快，大概__main的运行时间从100-200微秒到几十个毫秒之间。所以如果程序在这中间发生一些BUG，比如你在__main之前调用了几个初始化函数里面有BUG，或者__main运行时电压发生跌落等情况时，MCU会对这些紧急情况有所反应，比如复位，或者保护重要数据等，增加系统稳定性。因为如果你的程序比较复杂__main可能要运行几十个毫秒，对MCU来讲，几十个毫秒以及是很长的时间了，尤其是你的产品出货量很大的情况下，各种小概率事件都会被用量放大为大的品质问题，所以这段时间MCU的运行安全也是需要考虑的。所以我建议启动代码的结构如下，把看门狗&低电压检测放到最前面：    

Reset_Handler   PROC
EXPORT  Reset_Handler               [WEAK]
IMPORT  SystemInit
IMPORT  LVDInit
IMPORT  WDTInit
IMPORT  OtherInit
IMPORT  __main
LDR     r0, =WDTInit                ; 看门狗初始化
BLX     r0，
LDR     r0, =LVDInit                ; 低电压检测初始化
BLX     r0
LDR     r0, =SystemInit             ; 系统初始化
BLX     r0
LDR     r0, =OtherInit              ; 其他你需要的初始化
BLX     r0
LDR     r0, =__main
BX      r0
ENDP

    （4）时间敏感性任务/操作等：

    核心问题还是__main的运行时间，有些产品会对实时性要求很高，要求在很短的时间内响应某些重要事件，考虑到一旦进了__main，就会有一段时间无法操作MCU，所以在__main之前把需要搞定的时间敏感性任务/操作等搞定。