第2章 启动流程与汇编基础：ARM复位流程、中断向量表、汇编指令基础（LDR/STR/MOV/BL）、C与汇编混合编程

好，咱们直接进入正题。上一章我们把开发环境搭好了，板子也点亮了。但很多同学会问：“上电之后，CPU到底干了什么？”

这个问题，说白了就是启动流程。不懂启动流程，你写的代码就是“玄学”——跑起来了不知道为什么，跑不起来更不知道为什么。我当年刚入行时，就吃过这个亏。

2.1 ARM复位流程：从Reset到main()

ARM Cortex-M系列（比如STM32）的复位流程，其实比你想的简单。它不像Linux那样要加载内核、挂载文件系统。裸机嘛，就三步：

1. CPU从0x00000000取第一条指令（其实是取向量表中的Reset_Handler地址）
2. 执行Reset_Handler：初始化堆栈、清零BSS段、拷贝数据段
3. 跳转到main()

嗯，这里要注意：0x00000000存放的不是代码，而是栈顶指针。这是ARM设计的一个巧妙之处——上电后自动从0x00000000加载MSP（主栈指针），然后从0x00000004加载PC（程序计数器）。

我曾经在项目中遇到过一个问题：板子上电后死活不跑，调试器也连不上。查了半天，发现是Bootloader把向量表偏移设错了，CPU取到的Reset_Handler地址是0xFFFFFFFF。嗯，从那以后我每次写启动文件，都会先检查向量表首地址。

2.2 中断向量表：CPU的“紧急通讯录”

中断向量表是什么？我习惯把它比作“CPU的紧急通讯录”。每个中断源都有一个编号，CPU收到中断后，直接查表找到对应的处理函数地址，跳过去执行。

对于Cortex-M3/M4，向量表是这样的：

偏移地址	异常类型	优先级	描述
0x00	栈顶地址	-	初始MSP值
0x04	Reset	-3（最高）	复位处理函数
0x08	NMI	-2	不可屏蔽中断
0x0C	HardFault	-1	硬件错误
0x10	MemManage	可编程	内存管理错误
0x14	BusFault	可编程	总线错误
0x18	UsageFault	可编程	用法错误
...	...	...	...
0x40+	外部中断	可编程	外设中断（GPIO、TIM、UART等）

2.3 汇编指令基础：LDR/STR/MOV/BL

裸机开发离不开汇编。你不需要成为汇编大师，但看懂启动文件、会写关键操作是基本功。我挑四个最常用的指令讲：

2.3.1 MOV：数据搬运

MOV R0, #0x12      ; R0 = 0x12
MOV R1, R0         ; R1 = R0
MOV R2, #0xFF      ; R2 = 0xFF

限制：立即数只能使用8位循环移位后的值。比如0x12345678就不能直接用MOV，得用LDR伪指令。

2.3.2 LDR：从内存加载到寄存器

LDR R0, =0x40020000   ; 伪指令，加载32位立即数到R0
LDR R1, [R0]          ; R1 = *(uint32_t*)R0
LDR R2, [R0, #4]      ; R2 = *(uint32_t*)(R0+4)
LDR R3, [R0, R1]      ; R3 = *(uint32_t*)(R0+R1)

嗯，这里有个坑：LDR R0, =0x40020000是伪指令，汇编器会把它展开成LDR R0, [PC, #offset]，从常量池加载。而LDR R1, [R0]才是真正的内存访问。

2.3.3 STR：从寄存器存储到内存

STR R0, [R1]          ; *(uint32_t*)R1 = R0
STR R2, [R3, #0x10]   ; *(uint32_t*)(R3+0x10) = R2
STR R4, [R5, R6]      ; *(uint32_t*)(R5+R6) = R4

STR和LDR是对称的。你想想看，操作外设寄存器时，本质上就是LDR读、STR写。

2.3.4 BL：带链接的跳转

BL Delay            ; 跳转到Delay，同时保存返回地址到LR
BL MyFunction       ; 跳转到MyFunction

BL是函数调用的核心。它会把当前PC+4保存到LR（R14），然后跳转到目标地址。被调函数返回时，执行BX LR即可。

2.4 C与汇编混合编程

实际项目中，我们不会全用汇编写应用代码。通常是C写逻辑，汇编写启动和关键操作。混合编程有三种方式：

2.4.1 在C中内联汇编

__asm void SystemReset(void)
{
    MOV R0, #0x05
    MSR FAULTMASK, R0
    LDR R0, =0xE000ED0C
    LDR R1, =0x05FA0004
    STR R1, [R0]
    BX LR
}

或者用__asm关键字嵌入单条指令：

void EnableIRQ(void)
{
    __asm("CPSIE I");   // 开中断
}

2.4.2 汇编调用C函数

在启动文件里，我们经常这样跳转到main()：

Reset_Handler PROC
    EXPORT Reset_Handler
    IMPORT main
    
    LDR R0, =main
    BLX R0
    B .
    ENDP

注意：调用C函数前，必须初始化堆栈指针SP，否则函数内的局部变量会写飞。

2.4.3 C调用汇编函数

在汇编文件中导出函数名，C文件声明extern即可：

; startup.s
    EXPORT CPU_GetCoreID
CPU_GetCoreID PROC
    MRS R0, CPUID
    BX LR
    ENDP

// main.c
extern uint32_t CPU_GetCoreID(void);

int main(void)
{
    uint32_t id = CPU_GetCoreID();
    // ...
}

2.5 本章知识体系总览

下面这张图，把本章的核心知识点串起来了。建议你保存下来，写启动文件时对照着看：