📚 课程目录第3章裸机启动流程

3. 裸机启动流程：汇编启动代码编写、中断向量表配置、SDRAM初始化

说实话，很多做嵌入式开发的朋友，一上来就怼 RTOS，结果出了问题连启动流程都看不懂。我个人觉得，裸机启动是嵌入式开发的「基本功」，就像练武要先扎马步一样。这一章，我们就来聊聊 ARMv7 上电后到底干了些什么。

3.1 上电第一件事：复位向量

ARMv7 处理器上电复位后，CPU 会从 0x00000000 或者 0xFFFF0000 取指（具体看硬件设计）。这个地址放的不是代码，而是中断向量表。向量表的第一项就是 复位向量，它指向真正的启动代码入口。

我刚开始做项目时，犯过一个低级错误——向量表没对齐。结果芯片一上电就跑飞了，查了两天才发现是地址没对齐到 32 字节边界。嗯，这里要注意：ARMv7 要求向量表必须 32 字节对齐，否则异常处理会出问题。

  核心要点： 向量表基地址必须 32 字节对齐，且复位向量位于偏移 0x00 处。

3.2 汇编启动代码编写

启动代码通常用汇编写，因为 C 语言运行时环境还没准备好。说白了，你要先给 C 语言搭好「舞台」——初始化栈指针、清零 BSS 段、拷贝数据段。

下面是一个典型的 ARMv7 启动代码框架：

    .section .vectors, "ax"
    .global _start
    .align 5

_start:
    /* 中断向量表 */
    ldr pc, reset_handler      /* 复位 */
    ldr pc, undef_handler      /* 未定义指令 */
    ldr pc, svc_handler        /* 超级用户调用 */
    ldr pc, pabt_handler       /* 预取中止 */
    ldr pc, dabt_handler       /* 数据中止 */
    nop                        /* 保留 */
    ldr pc, irq_handler        /* IRQ 中断 */
    ldr pc, fiq_handler        /* FIQ 中断 */

reset_handler:
    /* 设置栈指针 */
    ldr sp, =_stack_top

    /* 清零 BSS 段 */
    ldr r0, =_bss_start
    ldr r1, =_bss_end
    mov r2, #0
bss_loop:
    cmp r0, r1
    strlt r2, [r0], #4
    blt bss_loop

    /* 拷贝数据段 */
    ldr r0, =_data_start
    ldr r1, =_data_end
    ldr r2, =_data_load
data_loop:
    cmp r0, r1
    ldrlt r3, [r2], #4
    strlt r3, [r0], #4
    blt data_loop

    /* 跳转到 main */
    bl main
    b .

这段代码里，我习惯把向量表单独放在一个段里，方便链接脚本控制地址。你想想看，如果向量表和代码混在一起，链接器一优化，地址就乱了。

个人经验： 我建议在启动代码里先关掉所有中断，等外设初始化完成后再开。否则中断来得太早，处理函数还没准备好，系统就崩了。

3.3 中断向量表配置

ARMv7 支持两种向量表位置：低端向量（0x00000000）和高端向量（0xFFFF0000）。具体用哪个，由系统控制协处理器的 SCTLR.V 位决定。

我在项目中遇到过一个问题：芯片从 BootROM 跳转到用户程序时，向量表地址没切换，导致中断全跑到了 BootROM 里。后来我加了一段代码，在启动时显式设置向量表基地址：

    /* 设置向量表基地址到 SRAM */
    ldr r0, =0x20000000      /* 假设 SRAM 基地址 */
    mcr p15, 0, r0, c12, c0, 0   /* 写 VBAR 寄存器 */

这里用到了 VBAR（Vector Base Address Register），它是 ARMv7 用来重定位向量表的关键寄存器。写这个寄存器前，一定要确保目标地址已经初始化好了，否则写进去也是白搭。

异常类型	向量偏移	优先级	典型用途
复位	0x00	最高	系统启动
未定义指令	0x04	6	软件仿真
SVC	0x08	5	系统调用
预取中止	0x0C	4	指令访问异常
数据中止	0x10	3	数据访问异常
IRQ	0x18	2	外设中断
FIQ	0x1C	1	高速中断

避坑指南： 我曾经在调试时发现，中断响应慢得离谱。后来一查，是向量表里每个入口只放了 4 字节的跳转指令，导致中断处理函数地址放不下。ARMv7 的向量表每个入口只有 4 字节，所以必须用 ldr pc, [pc, #offset] 或者 ldr pc, =handler 这种间接跳转方式。

3.4 SDRAM 初始化

SDRAM 初始化是启动流程里最「玄学」的部分。为什么这么说？因为时序参数稍微不对，内存就罢工。我见过有人把 CAS 延迟写错了一位，结果系统跑起来偶尔死机，查了三天才找到原因。

SDRAM 初始化通常分这几步：

上电等待：供电稳定后，等待 100-200us，让内部电路稳定。
预充电：发送预充电命令，关闭所有行。
自动刷新：发送至少 8 个自动刷新周期。
设置模式寄存器：配置 CAS 延迟、突发长度、突发类型等。
正常操作：进入读写模式。

下面是一个简化的 SDRAM 初始化代码（以某款 ARM 芯片为例）：

    /* 使能 SDRAM 时钟 */
    ldr r0, =0x40007000      /* 时钟控制寄存器地址 */
    ldr r1, [r0]
    orr r1, r1, #(1 << 5)   /* 使能 SDRAM 时钟 */
    str r1, [r0]

    /* 配置 SDRAM 控制器时序 */
    ldr r0, =0x40008000      /* SDRAM 控制器基地址 */
    ldr r1, =0x00000002      /* CAS 延迟 = 2 */
    str r1, [r0, #0x00]      /* 写模式寄存器 */

    /* 发送预充电命令 */
    ldr r1, =0x00000001
    str r1, [r0, #0x04]

    /* 发送自动刷新命令（8 次） */
    mov r2, #8
refresh_loop:
    ldr r1, =0x00000003
    str r1, [r0, #0x04]
    subs r2, r2, #1
    bne refresh_loop

    /* 设置模式寄存器 */
    ldr r1, =0x00000020      /* 突发长度 = 4, CAS = 2 */
    str r1, [r0, #0x00]

    /* 进入正常操作模式 */
    ldr r1, =0x00000000
    str r1, [r0, #0x04]

调试技巧： 我建议在 SDRAM 初始化完成后，先写一个简单的内存测试函数，比如写 0xAA、0x55 模式，再读回来验证。如果这一步过不了，后面的代码跑起来也是「定时炸弹」。

3.5 整体启动流程

把上面几块串起来，整个裸机启动流程就清晰了。我画了一张图，帮你理清脉络：

从这张图可以看出来，整个启动流程是线性的，每一步都依赖上一步的结果。我见过有人把 SDRAM 初始化放在向量表配置前面，结果向量表地址还没设好，SDRAM 就初始化了——这其实没问题，但如果你在 SDRAM 初始化过程中触发了异常，那就麻烦了。

3.6 常见问题与避坑

向量表地址不对齐：ARMv7 要求 32 字节对齐，否则异常处理会跳转到错误地址。
SDRAM 时序参数错误：CAS 延迟、刷新周期这些参数必须和芯片手册一致，差一个周期都可能出问题。
栈指针未初始化：在设置栈指针前调用函数，会导致程序跑飞。我建议在复位后第一件事就是设栈指针。
中断使能过早：外设还没初始化就开中断，中断处理函数可能访问到未初始化的寄存器。

曾经踩过的坑： 有一次我在调试时发现，系统偶尔会在启动时死机。后来用示波器抓 SDRAM 的时钟，发现时钟频率比预期高了 10MHz。原来是 PLL 配置错了，导致 SDRAM 跑在超频状态。所以，我建议在初始化 SDRAM 之前，先用示波器确认时钟频率。

好了，这一章的内容就到这里。裸机启动看似简单，但每一步都有讲究。你把这些基础打牢了，后面学 RTOS 任务调度就会轻松很多。