MCU在執(zhí)行main之前做了什么？

本文以Arm Cortex-M為例，介紹了在IAR Embedded Workbench中微控制器（MCU）的啟動過程。在MCU復位后，程序計數(shù)器（PC）會指向相應的復位向量，并開始執(zhí)行啟動代碼（startup code）。如果MCU支持浮點單元（FPU），則在啟動過程中，首先會調(diào)用__iar_init_vfp來初始化FPU，然后繼續(xù)執(zhí)行__iar_program_start。接著，__iar_program_start會調(diào)用__cmain函數(shù)。在__cmain中，會先調(diào)用__low_level_init函數(shù)，然后調(diào)用__iar_data_init3來進行全局和靜態(tài)變量的初始化。在__iar_data_init3中，首先會調(diào)用__iar_zero_init3來初始化初始值為0的全局和靜態(tài)變量，隨后會調(diào)用__iar_copy_init3來初始化初始值為非0的全局和靜態(tài)變量。最終，在啟動過程的最后階段，會通過調(diào)用__call_main來跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)，從而開始執(zhí)行主程序。

MCU啟動過程

MCU啟動過程指的是從MCU復位到main函數(shù)之前的過程。

當MCU復位之后，MCU會從對應的復位向量開始運行，初始化Stack pointer指向指定Stack區(qū)域的末尾，然后調(diào)用__low_level_init函數(shù)進行相關的初始化。

(在微控制器（Microcontroller，縮寫為MCU）中，復位向量（Reset Vector）是一個特殊的內(nèi)存地址，用于指示MCU在復位或啟動時應該開始執(zhí)行的第一條指令。當MCU發(fā)生復位事件（如上電復位、外部復位、看門狗定時器復位等）時，它會將程序計數(shù)器（PC）設置為復位向量的地址，從而開始執(zhí)行存儲在這個地址上的指令。

復位向量通常位于MCU的存儲器中的固定位置，通常是在芯片的起始位置。這確保了在復位時能夠始終從相同的地址開始執(zhí)行，從而確?？煽康南到y(tǒng)啟動。

復位向量的內(nèi)容可以是任何有效的機器指令，通常是一條跳轉(zhuǎn)指令（比如跳轉(zhuǎn)到主程序的入口點），以便MCU能夠開始執(zhí)行實際的應用程序代碼。

總之，復位向量是一個重要的概念，它確保了在MCU復位時，程序能夠從可控的、確定的位置開始執(zhí)行，從而使系統(tǒng)能夠正常啟動并運行。)

接下來是全局和靜態(tài)變量的初始化：初始值為0的變量對應的RAM區(qū)域會清零，初始值為非0的變量，會從ROM拷貝到RAM（注意：如果__low_level_init函數(shù)返回0，這一步將會跳過）。

然后是C++動態(tài)初始化：構造靜態(tài) C++ 對象，最后會調(diào)用main函數(shù)。

更具體一點：

當MCU復位之后，PC指針會指向?qū)膹臀幌蛄?，然后運行對應的啟動代碼（startup code)，啟動代碼首先會初始化Stack pointer指向指定Stack區(qū)域的末尾。

然后初始化初始值為0的存儲在RAM中的全局和靜態(tài)變量（比如 int i = 0;）：

初始化初始值為非0的存儲在RAM中的全局和靜態(tài)變量（比如 int i = 1;），對應的初始值從相應的ROM拷貝到對應的RAM：

最后，調(diào)用main函數(shù):

啟動代碼

通常情況下，如果ICF文件中添加了initialize by copy 命令，linker會自動選擇并添加對應的啟動代碼來完成對應的啟動過程。對應的啟動代碼通過庫文件的方式進行l(wèi)ink。對應的啟動代碼在安裝目錄armsrclib下面：

armsrclibthumbcstartup_M.s                  (__iar_program_start)armsrclibthumbcmain.s                     (__cmain，__call_main)armsrclibruntimelow_level_init.c               (__low_level_init)armsrclibruntimedata_init.c                  (__iar_data_init3)armsrclibruntimezero_init3.c                 (__iar_zero_init3)armsrclibruntimecopy_init3.c                 (__iar_copy_init3)

對應的啟動代碼和相關文件信息會在map文件里面列出來：

同時map文件里面INIT TABLE章節(jié)會列出對應的全局和靜態(tài)變量的初始化信息：初始值為0的會使用__iar_zero_init3進行初始化，初始值為非0的會使用__iar_copy_init3進行初始化：

調(diào)試

為了能夠調(diào)試查看對應的啟動代碼和啟動過程，需要配置Debugger選項里面的Run to，即不要勾選Run to，這樣調(diào)試的時候復位之后PC會停在復位向量而不是main函數(shù)，然后就可以調(diào)試對應的啟動代碼和啟動過程。

復位之后，PC會停在復位向量Reset_Handler，Reset_Handler首先會調(diào)用SystemInit函數(shù)進行相關的配置和初始化（這個是Cortex-M CMSIS的標準），然后會調(diào)用__iar_program_start：

如果對應的MCU有FPU，__iar_program_start首先會調(diào)用__iar_init_vfp對FPU進行初始化：

然后__iar_program_start會調(diào)用__cmain：

__cmain首先會調(diào)用__low_level_init（默認實現(xiàn)為空，僅返回 1）：

__cmain然后會調(diào)用__iar_data_init3進行全局和靜態(tài)變量的初始化：

__iar_data_init3首先會調(diào)用__iar_zero_init3進行初始值為0的全局和靜態(tài)變量的初始化：

__iar_data_init3然后會調(diào)用__iar_copy_init3進行初始值為非0的全局和靜態(tài)變量的初始化：

最后__call_main會調(diào)用main函數(shù)跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)：

至此MCU從復位向量開始，運行啟動代碼之后就跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)，然后開始運行用戶的代碼：

注意事項

Cortex-M的MSP賦值是通過硬件自動操作完成的，在復位后會從中斷向量表的0地址偏移處獲取值并賦給MSP寄存器。因此，上述啟動代碼和啟動過程中并未顯式體現(xiàn)這一步驟。然而，若需要手動對MSP進行賦值（例如在bootloader跳轉(zhuǎn)到application時需要手動為application設置MSP值），則需要在啟動代碼的起始部分執(zhí)行這一操作。

IAR默認的啟動代碼是在鏈接（link）過程中由鏈接器自動添加的。如果需要手動進行MSP賦值等操作，這些代碼可以在啟動代碼的最開始部分進行添加。此外，為了支持這種操作，需要在ICF（IAR Configuration File）文件中添加"initialize by copy"命令。

對于初始化操作，用戶可以通過實現(xiàn)__low_level_init函數(shù)來進行。特別是對于支持ECC（Error Correction Code）機制的MCU的RAM，需要在__low_level_init函數(shù)中根據(jù)ECC的位寬對RAM區(qū)域進行一次寫操作，以避免后續(xù)RAM操作引發(fā)ECC錯誤。需要注意的是，__low_level_init函數(shù)在全局和靜態(tài)變量初始化之前執(zhí)行，因此其中不能使用這些全局和靜態(tài)變量。此外，__low_level_init函數(shù)的返回值決定是否需要對全局和靜態(tài)變量進行初始化，返回1表示需要初始化，返回0表示不需要初始化。

在IAR中，__iar_program_start是默認的程序開始標簽。如果代碼中使用了其他程序開始標簽，可以通過鏈接器選項--entry來指定相應的程序開始標簽。

總結

本文以Arm Cortex-M為例，介紹了在IAR Embedded Workbench中微控制器（MCU）的啟動過程。在MCU復位后，程序計數(shù)器（PC）會指向相應的復位向量，并開始執(zhí)行啟動代碼（startup code）。如果MCU支持浮點單元（FPU），則在啟動過程中，首先會調(diào)用__iar_init_vfp來初始化FPU，然后繼續(xù)執(zhí)行__iar_program_start。接著，__iar_program_start會調(diào)用__cmain函數(shù)。在__cmain中，會先調(diào)用__low_level_init函數(shù)，然后調(diào)用__iar_data_init3來進行全局和靜態(tài)變量的初始化。在__iar_data_init3中，首先會調(diào)用__iar_zero_init3來初始化初始值為0的全局和靜態(tài)變量，隨后會調(diào)用__iar_copy_init3來初始化初始值為非0的全局和靜態(tài)變量。最終，在啟動過程的最后階段，會通過調(diào)用__call_main來跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)，從而開始執(zhí)行主程序。