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嵌入式bootloader跳转程序实现原理

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作者 | strongerHuang

 

微信公众号 | 嵌入式专栏

 

嵌入式开发,很多时候都需要bootlodaer程序,今天围绕bootlodaer
讲述一下实现原理,以及相关的内容。

 

1.bootloader是如何实现程序跳转的?

 

2.复位向量表

 

3.理解__set_MSP语句

 

关键字帮助

 

堆栈指针SP

 

控制寄存器CONTROL

 

写在前面

 

前面给大家分享了《

STM32实现IAP的方法

》,主要讲述了IAP编程实现的过程。

 

其中bootloader跳转的细节没有具体描述,也很少有人研究其中细节的问题。

 

 

 

大家先看一下上图中
四行跳转代码
,接下来将围绕这四行代码拓展相关的内容。

 

如何实现程序跳转?

 

上图四行代码中有
几个定义
没有贴出来,下面一并贴出来:

 

#define ApplicationAddress 0x8003000


typedef  void (*pFunction)(void);
pFunction Jump_To_Application;


uint32_t JumpAddress;

 

ApplicationAddress为0x8003000,代表应用程序起始地址为0x8003000。

 

1.JumpAddress = *(__IO uint32_t*) (ApplicationAddress + 4);

 

JumpAddress代表跳转地址,基于应用程序起始地址偏移4(这个
偏移4
下面章节讲述
)。这个地址就是应用程序的复位地址,你可以理解为程序跳转到了应用程序复位的地址。

 

2.Jump_To_Application = (pFunction) JumpAddress;

 

将跳转地址JumpAddress强制转换pFunction类型,你可以理解为编译器将其编译成一个函数。

 

3.__set_MSP(*(__IO uint32_t*) ApplicationAddress);

 

这里是将把应用程序起始地址设为栈顶指针(__set_MSP下面章节讲述
)。

 

4.Jump_To_Application();

 

设置PC指针为复位地址,你可以理解为跳转到应用程序的函数。

 

这里是讲述的大概内容,细节内容请往下看
,看完下面细节再回来看本节内容。

 

复位向量表

 

上面讲述了ApplicationAddress + 4“
偏移4
”这个问题,其实这个“偏移4”就是向量表的偏移地址:复位向量(PC 初始值)

 

拿Cortex-M3(STM32F1)为例(其它M0、M4类似),Cortex-M3权威手册(中文)表 7.6 上电后的向量表

 

 

 

是什幺意思呢? 就是相对应用程序存储起始地址
的一张向量表,而这张向量表就是按照这样的约定:偏移4的地址为复位向量(PC 初始值),也就是我们应用程序复位的地方。

 

同样,可以参看启动代码(以STM32F1为例):

 

 

 

这里代码和Cortex-M3技术参考手册数据一一对应的关系。相信看了这两个地方的内容,大家能明白为什幺会是ApplicationAddress + 4了。

 

理解__set_MSP语句

 

1.拓展:MDK-ARM新功能

 

点看下图,放大,自己看截图代码(标记处):

 

 

 

用MDK-ARM V5.25及以上版本打开工程,可以看到在__set_MSP下面有一行下划线,
什幺意思呢?具有上下文帮助(F1)的关键字将用浅灰色下划线突出显示

 

2.理解__set_MSP语句

 

上面讲述的内容是想引申出来:鼠标放在__set_MSP的位置,按F1,就可以直接进入帮助文档。

 

下面是详细内容截图:

 

 

 

大概意思是:调用MSR指令设置主状态指针(MSP)的值

 

物理上存在两个不同的堆栈指针(SP):

 

1.主堆栈指针(MSP)
,复位后的默认堆栈指针。在运行异常处理程序时也使用它。

 

2.进程堆栈指针(PSP)
,只能在线程模式下使用。

 

当引用R13堆栈指针(SP)时,由
控制寄存器(CONTROL)
的Bit[1]决定:

 

Bit[1]=0,用MSP;

 

Bit[1]=1,用PSP;

 

这里具体内容需要参看Cortex-M技术参考手册。

 

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