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[導(dǎo)讀] 最近要在Cortex-M3上寫一個簡單的操作系統(tǒng),打算使用IAR,為了寫好啟動代碼,花了一些時間了解了IAR在main()以前做了些什么事。首先系統(tǒng)復(fù)位時,Cortex-M3從代碼區(qū)偏移0x0000'0000處獲取棧頂?shù)刂罚?

最近要在Cortex-M3上寫一個簡單的操作系統(tǒng),打算使用IAR,為了寫好啟動代碼,花了一些時間了解了IAR在main()以前做了些什么事。

首先系統(tǒng)復(fù)位時,Cortex-M3從代碼區(qū)偏移0x0000'0000處獲取棧頂?shù)刂?,用來初始化MSP寄存器的值。

接下來從代碼區(qū)偏移0x0000'0004獲取第一個指令的跳轉(zhuǎn)地址。這些地址,是CM3要求放置中斷向量表的地方。

這里是一個程序的啟動區(qū)的反匯編:

__vector_table:
080040002600

080040022000

080040047E1D

080040060800

這個程序是由IAP程序來啟動的,IAP程序獲取0x0800'4000處的MSP值(0x20002600),并設(shè)置為MSP的值,即主堆棧最大范圍是0x2000'0000~0x2000'25FF。接下來IAP程序獲取0x0800'4004處的Reset_Handler的地址(0x0800'7E1D),并跳轉(zhuǎn)到Reset_Handler()執(zhí)行。

IAP在這里完全是模仿了Cortex-M3的復(fù)位序列,也就是說,在沒有IAP的系統(tǒng)上,CM3只能從0x0800'0000獲取MSP,從0x0800'0004獲取第一條指令所處地址。而IAP就存在在0x0800'0000這個地址上,IAP的啟動,已經(jīng)消耗掉了這個復(fù)位序列,所以IAP要啟動UserApp程序的時候,也是完全模仿Cortex-M3的復(fù)位序列的。

接下來我們看看復(fù)位后第一句指令——Reset_Handler()函數(shù)里有什么。

若我們使用的是ST公司標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫,那么已經(jīng)有了現(xiàn)成的Reset_Handler,不過他是弱定義——PUBWEAK,可以被我們重寫的同名函數(shù)覆蓋。一般來說,我們使用的都是ST提供的Reset_Handler,在V3.4版本的庫中,可以在startup_stm32f10x_xx.s中找到這個函數(shù):

PUBWEAK Reset_Handler
SECTION .text:CODE:REORDER(2)
Reset_Handler
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__iar_program_start
BX R0

看來ST沒有做太多的事,他只調(diào)用了自家?guī)焯峁┑腟ystemInit函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)時鐘、Flash讀取的初始化,并把大權(quán)交給了__iar_program_start這個IAR提供的“內(nèi)部函數(shù)”了,我們就跟緊這個__iar_program_start跳轉(zhuǎn),看看IAR做了什么,上面一段代碼的反匯編如下:

Reset_Handler:
__iar_section$$root:
08007E1C 4801 LDR R0, [PC, #0x4]; LDR R0, =SystemInit
08007E1E 4780 BLX R0;BLX R0
08007E20 4801LDR R0, [PC, #0x4];LDR R0, =__iar_program_start
08007E22 4700 BX R0;BX R0
08007E24 6C69

08007E26 0800

08007E28 7D8D

08007E2A 0800

細(xì)心的觀眾會發(fā)現(xiàn)地址是0x0800'7E1C,比我們查到的0x0800'7E1D差了1,這是ARM家族的遺留問題,因為ARM處理器的指令至少是半字對齊的(16位THUMB指令集 or 32位ARM指令集),所以PC指針的LSB是常為0的,為了充分利用寄存器,ARM公司給PC的LSB了一個重要的使命,那就是在執(zhí)行分支跳轉(zhuǎn)時,PC的LSB=1,表示使用THUMB模式,LSB=0,表示使用ARM模式,但在最新的Cortex-M3內(nèi)核上,只使用了THUMB-2指令集挑大梁,所以這一位要常保持1,所以我們查到的地址是0x0800'7E1D(C=1100,D=1101),放心,我們的CM3內(nèi)核會忽略掉LSB(除非為0,那么會引起一個fault),從而正確跳轉(zhuǎn)到0x0800'7E1C。

從0x0800'7E20處的加載指令,我們可以算出__iar_program_start所處的位置,就是當(dāng)前PC指針(0x0800'7E24),再加上4,即0x0800'7E28處的所指向的地址——0x0800'7D8D(0x0800'7D8C),我們跟緊著跳轉(zhuǎn),__iar_program_start果然在這里:

__iar_program_start:
08007D8C F000F88C BL__low_level_init
08007D90 2800 CMP R0, #0x0
08007D92 D001 BEQ__iar_init$$done
08007D94 F7FFFFDE BL__iar_data_init2

08007D98 2000 MOVS R0, #0x0
08007D9A F7FDFC49 BLmain

我們看到IAR提供了__low_level_init這個函數(shù)進(jìn)行了“底層”的初始化,進(jìn)一步跟蹤,我們可以查到__low_level_init這個函數(shù)做了些什么,不是不是我們想象中的不可告人。

__low_level_init:
08007EA8 2001 MOVS R0, #0x1
08007EAA 4770 BX LR

__low_level_init出乎想象的簡單,只是往R0寄存器寫入了1,就立即執(zhí)行"BX LR"回到調(diào)用處了,接下來,__iar_program_start檢查了R0是否為0,為0,則執(zhí)行__iar_init

done,若不是0,就執(zhí)行__iar_data_init2。__iar_init

done這個函數(shù)很簡單,只有2句話,第一句是把R0清零,第二句就直接"BL main",跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)了。不過既然__low_level_init已經(jīng)往R0寫入了1,那么我們還是得走下遠(yuǎn)路——看看__iar_data_init2做了些什么,雖然距離main只有一步之遙,不過這中間隱藏了編譯器的思想,我們得耐心看下去。


__iar_data_init2:
08007D54 B510 PUSH {R4,LR}
08007D56 4804 LDR R0, [PC, #0x10]
08007D58 4C04 LDR R4, [PC, #0x10]
08007D5A E002 B 0x8007D62
08007D5C F8501B04 LDR R1, [R0], #0x4
08007D60 4788 BLX R1
08007D62 42A0 CMP R0, R4
08007D64 D1FA BNE 0x8007D5C
08007D66 BD10 POP {R4,PC}
08007D68 7C78

08007D6A 0800

08007D6C 7C9C

08007D6E 0800

看來IAR遲遲不執(zhí)行main()函數(shù),就是為了執(zhí)行__iar_data_init2,我們來分析分析IAR都干了些什么壞事~

首先壓R4,LR入棧,然后加載0x0800'7C78至R0,0x0800'7C9C至R4,馬上跳轉(zhuǎn)到0x0800'7D62執(zhí)行R0,R4的比較,結(jié)果若是相等,則彈出R4,PC,然后立即進(jìn)入main()。不過IAR請君入甕是自不會那么快放我們出來的——結(jié)果不相等,跳轉(zhuǎn)到0x0800'7D5C執(zhí)行,在這里,把R0指向的地址——0x0800'7C78中的值——0x0800'7D71加載到R1,并且R0中的值自加4,更新為0x0800'7C7C,并跳轉(zhuǎn)到R1指向的地址處執(zhí)行,這里是另一個IAR函數(shù):__iar_zero_init2:

__iar_zero_init2:
08007D70 2300 MOVS R3, #0x0
08007D72 E005 B 0x8007D80
08007D74 F8501B04 LDR R1, [R0], #0x4
08007D78 F8413B04 STR R3, [R1], #0x4
08007D7C 1F12 SUBS R2, R2, #0x4
08007D7E D1FB BNE 0x8007D78
08007D80 F8502B04 LDR R2, [R0], #0x4
08007D84 2A00 CMP R2, #0x0
08007D86 D1F5 BNE 0x8007D74
08007D88 4770 BX LR
08007D8A 0000 MOVS R0, R0

__iar_data_init2還沒執(zhí)行完畢,就跳轉(zhuǎn)到了這個__iar_z

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