關于STM32的啟動流程，網上有的資料在討論幾種boot模式，有的在回答啟動文件的內容，在查閱了很多資料后，本文給出一個比較全面的總結和回答。

1. 根據boot引腳決定三種啟動模式

復位后，在 SYSCLK 的第四個上升沿鎖存 BOOT 引腳的值。BOOT0 為專用引腳，而 BOOT1 則與 GPIO 引腳共用。一旦完成對 BOOT1 的采樣，相應 GPIO 引腳即進入空閑狀態，可用于其它用途。BOOT0與BOOT1引腳的不同值指向了三種啟動方式：

1）從主Flash啟動。主Flash指的是STM32的內置Flash。選擇該啟動模式后，內置Flash的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼將在該處開始執行。一般我們使用JTAG或者SWD模式下載調試程序時，就是下載到這里面，重啟后也直接從這啟動。

2）從系統存儲器啟動。系統儲存器指的是STM32的內置ROM，選擇該啟動模式后，內置ROM的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼在此處開始運行。ROM中有一段出廠預置的代碼，這段代碼起到一個橋的作用，允許外部通過UART/CAN或USB等將代碼寫入STM32的內置Flash中。這段代碼也被稱為ISP(In System Programing)代碼，這種燒錄代碼的方式也被稱為ISP燒錄。關于ISP、ICP和IAP之間的區別將在后續章節中介紹。

3）從嵌入式SRAM中啟動。顯然，該方法是在STM32的內置SRAM中啟動，選擇該啟動模式后，內置SRAM的起始地址將被重映射到0x00000000地址，代碼在此處開始運行。這種模式由于燒錄程序過程中不需要擦寫Flash，因此速度較快，適合調試，但是掉電丟失。

總結：上面的每一種啟動方式我都描述了“xxx的起始地址被重映射到了0x00000000地址，從而代碼從xxx開始啟動”，如下圖是STM32F4xx中文參考手冊中的圖，可以看到類似的表述。同時，在下圖中也展示了STM32F4xx中統一編址下，各內存的地址分配，注意一點，即使相應的內存被映射到了0x00000000起始的地址，通過其原來地址依然是可以訪問的。

2. 啟動后bootloader做了什么？

根據BOOT引腳確定了啟動方式后，處理器進行的第二大步就是開始從0x00000000地址處開始執行代碼，而該處存放的代碼正是bootloader。

bootloader，也可以叫啟動文件，無論性能高下，結構簡繁，價格貴賤，每一種微控制器(處理器)都必須有啟動文件，啟動文件的作用便是負責執行微控制器從“復位”到“開始執行main函數”中間這段時間(稱為啟動過程)所必須進行的工作。最為常見的51，AVR或MSP430等微控制器當然也有對應啟動文件，但開發環境往往自動完整地提供了這個啟動文件，不需要開發人員再行干預啟動過程，只需要從main函數開始進行應用程序的設計即可。同樣，STM32微控制器，無論是keiluvision4還是IAR EWARM開發環境，ST公司都提供了現成的直接可用的啟動文件。

網上有很多資料分析了STM32的啟動文件的內容，在此我只進行簡單的表述。啟動文件中首先會定義堆棧，定義中斷/異常向量表，而其中只實現了復位的異常處理函數Reset_Handler，該函數內容如下(STM32F4XX，IAR編譯器)，可以看到其主要執行了SystemInit和__iar_program_start兩個函數，其主要功能除了初始化時鐘，FPU等，還會執行一個重要功能，那就是內存的搬移、初始化操作。這是我想重點介紹的內容，同時也會回答一個疑問，就是如果從Flash啟動的話，代碼究竟是運行在哪兒的？在我之前接觸ARM9、CortexA系列的時候，一般都是把代碼搬到內部的SRAM或者外部DDR中執行的，STM32是如何呢？答案下一小節揭曉。

3. bootloader中對內存的搬移和初始化

本節針對程序在內置Flash中啟動的情況進行分析。

我們知道燒錄的鏡像文件中包含只讀代碼段.text，已初始化數據段.data和未初始化的或者初始化為0的數據段.bss。代碼段由于是只讀的，所以是可以一直放在Flash中，CPU通過總線去讀取代碼執行就OK，但是.data段和.bss段由于會涉及讀寫為了，為了更高的讀寫效率是要一定搬到RAM中執行的，因此bootloader會執行很重要的一步，就是會在RAM中初始化.data和.bss段，搬移或清空相應內存區域。

因此我們知道，當啟動方式選擇的是從內置Flash啟動的時候，代碼依舊是在Flash中執行，而數據則會被拷貝到內部SRAM中，該過程是由bootloader完成的。bootloader在完成這些流程之后，就會將代碼交給main函數開始執行用戶代碼。

• 現在讓我們思考一個問題，PC機在運行程序的時候將程序從外存（硬盤）中，調入到RAM中運行，CPU從RAM中讀取程序和數據；而單片機的程序則是固化在Flash中，CPU運行時直接從Flash中讀取程序，從RAM中讀取數據，那么PC機能從Flash之類的存儲介質中直接讀代碼執行嗎？

• 答案是不行。因為x86構架的CPU是基于馮.諾依曼體系的，即數據和程序存儲在一起，而且PC機的RAM資源相當豐富，從幾十M到幾百M甚至是幾個G，客觀上能夠承受大量的程序數據。但是單片機的構架大多是哈弗體系的，即程序和數據分開存儲，而且單片的片內RAM資源是相當有限的，內部的RAM過大會帶來成本的大幅度提高。

4. ISP、IAP、ICP三種燒錄方式

雖然這個小節稍稍偏題，但是由于上面在3中啟動方式中介紹過了ISP燒錄，因此一并在此介紹剩下的兩種燒錄方式。

1）ICP(In Circuit Programing)。在電路編程，可通過CPU的Debug Access Port 燒錄代碼，比如ARM Cortex的Debug Interface主要是SWD(Serial Wire Debug)或JTAG(Joint Test Action Group)；

2）ISP(In System Programing)。在系統編程，可借助MCU廠商預置的Bootloader 實現通過板載UART或USB接口燒錄代碼。

3）IAP(In Applicating Programing)。在應用編程，由開發者實現Bootloader功能，比如STM32存儲映射Code分區中的Flash本是存儲用戶應用程序的區間（上電從此處執行用戶代碼），開發者可以將自己實現的Bootloader存放到Flash區間，MCU上電啟動先執行用戶的Bootloader代碼，該代碼可為用戶應用程序的下載、校驗、增量/補丁更新、升級、恢復等提供支持，如果用戶代碼提供了網絡訪問功能，IAP 還能通過無線網絡下載更新代碼，實現OTA空中升級功能。

4）IAP和ISP 的區別。

a、ISP程序一般是芯片廠家提供的。IAP一般是用戶自己編寫的

b、ISP一般支持的燒錄方式有限，只有串口等。IAP就比較靈活，可以靈活的使用各種通信協議燒錄

c、isp一般需要芯片進行一些硬件上的操作才行，IAP全部工作由程序完成，不需要去現場

d、isp一般只需要按格式將升級文件通過串口發送就可以。IAP的話控制相對麻煩，如果是OTA的話還需要編寫后臺的。

e、注意，這里介紹的bootloader功能顯然跟之前介紹的啟動文件bootloader有所區別，其目的是為了能接受外部鏡像進行燒錄，而不是為了運行普通用戶程序。

來源：嵌入式電子

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審核編輯 黃宇