ARM Cortex-M0 DesignStart系列--4启动过程分析
1. 前言
书接上文《arm_cortex-m0 designstart系列--3rtl仿真过程的详细分析》，本文基于hello这个case，对cortex m0的启动过程做一个详细的分析，其实整个arm cortex m系列的启动的过程都是很相似的，这对我们理解soc的启动过程会很有帮助。
2. cortex-m0 启动流程
arm cortex-m架构芯片一般带有片上闪存（flash）。arm cortex-m手册规定在片上闪存(flash)起始地址处需要有一个有效的中断向量表。芯片上电或复位（会触发reset_handler中断程序）后，cpu首先从中断向量表中读出栈指针(msp)和入口函数地址(复位向量，即程序执行的起始位置)。将栈指针和入口函数地址载入栈指针（cm0_msp）寄存器和寻址寄存器(cm0_pc)后，cpu会从复位向量 (一般是rom/flash)开始执行程序。
2.1 复位序列：
根据上文的描述，复位顺序大致如下图(复位序列)所示：
2.2中断向量表：
2.2.1 中断向量表的定义：
上文中提到的中断向量表（向量表在以后还可以转移到其它位置），那么什么叫中断向量表呢？把系统中所有的中断类型码（中断号）及其对应的中断处理函数按一定的规律存放在一个区域内，这个存储区域就叫中断向量表。
如下图所示，在cm0中，在地址0提供的是msp的初始值，然后紧跟着的是复位向量。向量表中的数值是32位的地址，不是跳转指令。向量表的复位向量指向复位后应执行的第一条指令。
2.2.2中断向量表格式
中断向量表每一条目为一个32bit的地址。每一个地址对应一个中断函数的地址（第一个条目除外）。除了第一个条目以外，所有地址的目标都为寻址寄存器（pc）。当相应中断触发时，arm cortex-m硬件会自动把中断向量表中相应的中断函数地址装载入寻址寄存器（pc）然后开始执行中断函数。如上所述，前16位(从msp初始值->systick向量)为arm保留的系统中断向量，建议大家熟记。之后的中断为芯片自定义的外部中断向量，可以在使用时查询手册或者厂商提供的驱动程序。
2.2.3 本项目中的中断向量表
下面的两副截图是我从cm0_designstart的启动文件startup_cmsdk_cm0.s中的截图，跟上面的图示解释是一致的，只是增加了一些外部中断向量。
通常中断向量表会放在启动文件中，那么什么是启动文件呢？顾名思义，就是mcu上电启动后要开始执行其中的代码（当然是编译后的代码，或者机器码指令）。要知道，我们对单片机烧录程序后，程序是存在nor flash（即nor闪存，通常用于存储程序，nand 闪存通常用于存储数据）。启动文件是使用汇编语言编写的，在堆栈建立之后才可以运行c代码，因为c函数调用需要把参数函数返回地址入栈，堆栈没有建立不能运行c代码。启动文件主要完成以下工作：1. 初始化堆栈指针msp和程序指针pc；2.初始化中断向量表；3.定义reset_handler子程序，4.初始化中断服务程序；5. 初始化用户堆栈。关于启动文件的更多细节，可以参考下图中的code。
2.3程序存储器和bootloader
cortex-m0的程序存储器，一般使用片上flash，但是程序也可以存储在外部或者使用其他类型的存储器（如外部spi flash、eeprom等）。我们一开始就讲了，当cpu从复位中启动时，会首先访问0地址的向量表，从而取得msp的初始值和复位向量，然后从复位向量开始执行程序。但要保证系统正常工作，系统中需要有合法的向量表和合法的程序存储器，这样cpu才不会执行恶意软件代码。
关于向量表我们前面已经讲过了，而程序存储器(也就是flash存储器，因为程序一般存放在flash中)一般是从地址0开始的。但是，在用户编程以前，市面上mcu产品的flash存储器中可能没有任何程序。
为了保证cpu可以正确的启动，有些基于cortex-m的mcu含有一个bootloader，bootloader是位于mcu芯片上的一小段代码(程序)，bootloader会在cpu上电后执行并跳转，并且如果flash存储器已经编程的话，它会跳转到flash中的用户程序执行。bootloader是由芯片供应商预先编程，有时它位于片上flash存储器并且与用户程序是分开的（这样用户更新程序也不会影响到bootloader），而更多的时候它是位于和可编程程序存储器相互独立的rom中。
上电以后，cpu会执行bootloader程序，bootloader 主要是给系统一个机会，在上电后是从外部接收程序更新到系统内的flash，然后再执行，其实还是直接执行系统内flash内的程序。
当然，即使没有bootloader，即使flash存储器中缺少合法的程序映像，debugger也可以通过我们上文讲解的swd接口连接到cpu并重新编程flash存储器。
说到这里，又是中断向量表，又是启动文件，又是bootloader，是不是有点晕菜的感觉？不过你千万别犯迷糊，你再看看我们之前的一篇文章《arm_cortex-m0 designstart系列--3rtl仿真过程的详细分析》中bootloader.o以及bootloader.lst是怎么产生的，你就明白怎么回事了。下面是反汇编bootloader.lst的截图。结合下面的截图以及我们上面的分析，就应该就可以很清楚其中的过程了。
2.4启动过程的波形分析
2.4.1 ahb协议简单介绍
由于后面启动过程的波形分析是基于ahb总线的，多少需要一些ahb协议的基础，当然了这并不复杂。我从协议里面截了几张图，大家看一下就很清楚了。
2.4.2 启动波形分析
下面是，基于hello这个case的仿真波形，我们这里重点关注复位以后启动部分的波形。有了上面大量的分析和铺垫，到这里感觉反而轻松了。大家将下图中的波形跟bootloader.lst文件做一下对照就很容易理解了。下图中值得一提的是，从地址4读出的复位向量是’h199，而程序执行的起始位置是’h198。原因是，程序执行的真正起始位置是’h198，但是在将这个地址放到复位向量处时，将最低位置1，以表示thumb代码，即cm0是在thumb状态下执行的，仅此而已。
今天暂时先写到这里了，我们后续不见不散。
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2. cortex-m0 启动流程
arm cortex-m架构芯片一般带有片上闪存（flash）。arm cortex-m手册规定在片上闪存(flash)起始地址处需要有一个有效的中断向量表。芯片上电或复位（会触发reset_handler中断程序）后，cpu首先从中断向量表中读出栈指针(msp)和入口函数地址(复位向量，即程序执行的起始位置)。将栈指针和入口函数地址载入栈指针（cm0_msp）寄存器和寻址寄存器(cm0_pc)后，cpu会从复位向量 (一般是rom/flash)开始执行程序。
2.1 复位序列：
根据上文的描述，复位顺序大致如下图(复位序列)所示：
2.2中断向量表：
2.2.1 中断向量表的定义：
上文中提到的中断向量表（向量表在以后还可以转移到其它位置），那么什么叫中断向量表呢？把系统中所有的中断类型码（中断号）及其对应的中断处理函数按一定的规律存放在一个区域内，这个存储区域就叫中断向量表。
如下图所示，在cm0中，在地址0提供的是msp的初始值，然后紧跟着的是复位向量。向量表中的数值是32位的地址，不是跳转指令。向量表的复位向量指向复位后应执行的第一条指令。
2.2.2中断向量表格式
中断向量表每一条目为一个32bit的地址。每一个地址对应一个中断函数的地址（第一个条目除外）。除了第一个条目以外，所有地址的目标都为寻址寄存器（pc）。当相应中断触发时，arm cortex-m硬件会自动把中断向量表中相应的中断函数地址装载入寻址寄存器（pc）然后开始执行中断函数。如上所述，前16位(从msp初始值->systick向量)为arm保留的系统中断向量，建议大家熟记。之后的中断为芯片自定义的外部中断向量，可以在使用时查询手册或者厂商提供的驱动程序。
2.2.3 本项目中的中断向量表
下面的两副截图是我从cm0_designstart的启动文件startup_cmsdk_cm0.s中的截图，跟上面的图示解释是一致的，只是增加了一些外部中断向量。
通常中断向量表会放在启动文件中，那么什么是启动文件呢？顾名思义，就是mcu上电启动后要开始执行其中的代码（当然是编译后的代码，或者机器码指令）。要知道，我们对单片机烧录程序后，程序是存在nor flash（即nor闪存，通常用于存储程序，nand 闪存通常用于存储数据）。启动文件是使用汇编语言编写的，在堆栈建立之后才可以运行c代码，因为c函数调用需要把参数函数返回地址入栈，堆栈没有建立不能运行c代码。启动文件主要完成以下工作：1. 初始化堆栈指针msp和程序指针pc；2.初始化中断向量表；3.定义reset_handler子程序，4.初始化中断服务程序；5. 初始化用户堆栈。关于启动文件的更多细节，可以参考下图中的code。
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上电以后，cpu会执行bootloader程序，bootloader 主要是给系统一个机会，在上电后是从外部接收程序更新到系统内的flash，然后再执行，其实还是直接执行系统内flash内的程序。
当然，即使没有bootloader，即使flash存储器中缺少合法的程序映像，debugger也可以通过我们上文讲解的swd接口连接到cpu并重新编程flash存储器。
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2.4.2 启动波形分析
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