STM32 啟動文件深度解析：從復位到 main() 的完整流程

為什麼需要啟動文件？

許多嵌入式開發者習慣直接在 main() 開始編寫代碼，卻忽略了 MCU 上電後如何找到並執行 main()。事實上，編譯器分配的 main 入口地址並非固定絕對地址，微控制器無法直接從硬體定位。啟動文件（Startup Code）正是填補這一鴻溝的關鍵：它完成從「復位」到「開始執行 main()」之間的所有必要初始化配置，功能類比 Linux 的 Bootloader。

STM32 啟動文件選擇陷阱

MDK 建立專案時預設提供 STM32F10x.s，但這並非通用於所有 STM32 型號。該文件僅定義了 3 個 UART、4 個 Timer 的中斷向量，若使用 STM32F103ZET6（5 UART、8 Timer）卻沿用此文件，UART4/5 及 Timer5-8 的中斷將找不到入口，導致程序跑飛。正確做法是根據 Flash 容量選擇 ST 官方提供的三款啟動文件：

• startup_stm32f10x_ld.s — 小容量（Flash ≤ 32KB）
• startup_stm32f10x_md.s — 中容量（64KB ≤ Flash ≤ 128KB）
• startup_stm32f10x_hd.s — 大容量（Flash ≥ 256KB）

啟動代碼核心結構剖析（以 stm32f10x_vector.s 為例）

1. 堆疊與堆區定義

Stack_Size   EQU 0x00000400
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem    SPACE Stack_Size
__initial_sp                  ; 堆疊頂地址標號

Heap_Size    EQU 0x00000400
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base                   ; 堆起始地址
Heap_Mem     SPACE Heap_Size
__heap_limit                  ; 堆結束地址

• AREA 偽指令定義段屬性：NOINIT（不初始化，內存歸零）、READWRITE（可讀寫，放入 SRAM）、ALIGN=3（8 字節對齊）。
• 標號（Label）本質等同 C 語言中的地址概念，標識一段內存空間的位置。

2. 中斷向量表建立

AREA RESET, DATA, READONLY
EXPORT __Vectors
__Vectors
DCD __initial_sp          ; 0x00: 堆疊頂指針
DCD Reset_Handler         ; 0x04: 復位中斷入口
DCD NMIException
DCD HardFaultException
...                       ; 後續各中斷向量

• Cortex-M3 規定：起始地址存放堆疊頂（MSP），第二個字存放復位向量。若從 Flash（0x08000000）啟動，則 0x08000000 存 __initial_sp，0x08000004 存 Reset_Handler。
• DCD 分配 32 位字空間，相當於 C 的函數指針數組。

3. 復位處理程序 Reset_Handler

Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler
...                       ; 可選：外部 SRAM 初始化（DATA_IN_ExtSRAM=1 時）
IMPORT __main
LDR R0, =__main
BX R0                     ; 跳轉至 C 庫初始化入口
ENDP

關鍵點：__main 並非用戶 main()，而是 C/C++ 標準庫的初始化例程，負責初始化堆疊、靜態數據段、全局構造函數，最後調用用戶 main()。

4. 用戶堆疊/堆初始化（__user_initial_stackheap）

IF :DEF:__MICROLIB
    EXPORT __initial_sp, __heap_base, __heap_limit
ELSE
    IMPORT __use_two_region_memory
    EXPORT __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
    LDR R0, =Heap_Mem
    LDR R1, =Stack_Mem + Stack_Size
    LDR R2, =Heap_Mem + Heap_Size
    LDR R3, =Stack_Mem
    BX LR
ENDIF

• 非 MicroLIB 時，通過 __user_initial_stackheap 將堆疊/堆邊界傳遞給 C 庫（R0-R3 對應 heap_base, stack_top, heap_limit, stack_base）。
• MicroLIB 則直接導出三個標號供庫函數使用。

Cortex-M3 vs ARM7/9 啟動差異

完整啟動流程總結

1. 定義堆疊/堆大小，並在代碼區起始處建立中斷向量表（第一項堆疊頂，第二項復位入口）。
2. 復位發生 → 硬件自動從向量表第二項取得 Reset_Handler 地址並跳轉執行。
3. Reset_Handler 執行必要外設初始化（如外部 SRAM）→ 跳轉 __main。
4. __main 初始化 C 運行環境（堆疊、.data/.bss 段、全局構造函數）→ 調用用戶 main()。
5. 進入 C 世界，開始應用層邏輯。

常見問題排查

• 中斷無法進入：檢查啟動文件中是否導出了對應的中斷向量，且 stm32f10x_it.c 定義的處理函數名稱是否與向量表一致。
• 堆疊溢出：增大 Stack_Size 或檢查遞歸/大數組局部變量使用情況。
• 多啟動文件共存：KEIL 通過「Include in Target Build」選項控制編譯哪個 .s 文件，圖標上無紅點者不參與編譯。