IAR Embedded Workbench中的MCU启动过程

在嵌入式系统中，当MCU复位之后，需要运行对应的启动代码来对系统进行初始化，然后才会调用main函数，开始运行用户的代码。通常情况下，对应的启动代码一般是工具厂商或者芯片厂商提供，嵌入式软件开发工程师不需要特别关注。不过掌握对应的MCU启动过程对于了解和掌握嵌入式系统还是非常有帮助的，特别是在启动过程中出现问题的时候。

本文主要以Arm Cortex-M为例，介绍IAR Embedded Workbench中的MCU启动过程。

MCU启动过程

MCU启动过程指的是从MCU复位到main函数之前的过程。

当MCU复位之后，MCU会从对应的复位向量开始运行，初始化Stack pointer指向指定Stack区域的末尾，然后调用__low_level_init函数进行相关的初始化。

接下来是全局和静态变量的初始化：初始值为0的变量对应的RAM区域会清零，初始值为非0的变量，会从ROM拷贝到RAM（注意：如果__low_level_init函数返回0，这一步将会跳过）。

然后是C++动态初始化：构造静态 C++ 对象，最后会调用main函数。

更具体一点：

当MCU复位之后，PC指针会指向对应的复位向量，然后运行对应的启动代码（startup code)，启动代码首先会初始化Stack pointer指向指定Stack区域的末尾。

然后初始化初始值为0的存储在RAM中的全局和静态变量（比如 int i = 0;）：

初始化初始值为非0的存储在RAM中的全局和静态变量（比如 int i = 1;），对应的初始值从相应的ROM拷贝到对应的RAM：

最后，调用main函数:

启动代码

通常情况下，如果ICF文件中添加了initialize by copy 命令，linker会自动选择并添加对应的启动代码来完成对应的启动过程。对应的启动代码通过库文件的方式进行link。对应的启动代码在安装目录arm\src\lib下面：

\arm\src\lib\thumb\cstartup_M.s                  (__iar_program_start)

\arm\src\lib\thumb\cmain.s                     (__cmain，__call_main)

\arm\src\lib\runtime\low_level_init.c               (__low_level_init)

\arm\src\lib\runtime\data_init.c                  (__iar_data_init3)

\arm\src\lib\runtime\zero_init3.c                 (__iar_zero_init3)

\arm\src\lib\runtime\copy_init3.c                 (__iar_copy_init3)

对应的启动代码和相关文件信息会在map文件里面列出来：

同时map文件里面INIT TABLE章节会列出对应的全局和静态变量的初始化信息：初始值为0的会使用__iar_zero_init3进行初始化，初始值为非0的会使用__iar_copy_init3进行初始化：

调试

为了能够调试查看对应的启动代码和启动过程，需要配置Debugger选项里面的Run to，即不要勾选Run to，这样调试的时候复位之后PC会停在复位向量而不是main函数，然后就可以调试对应的启动代码和启动过程。

复位之后，PC会停在复位向量Reset_Handler，Reset_Handler首先会调用SystemInit函数进行相关的配置和初始化（这个是Cortex-M CMSIS的标准），然后会调用__iar_program_start：

如果对应的MCU有FPU，__iar_program_start首先会调用__iar_init_vfp对FPU进行初始化：

然后__iar_program_start会调用__cmain：

__cmain首先会调用__low_level_init（默认实现为空，仅返回 1）：

__cmain然后会调用__iar_data_init3进行全局和静态变量的初始化：

__iar_data_init3首先会调用__iar_zero_init3进行初始值为0的全局和静态变量的初始化：

__iar_data_init3然后会调用__iar_copy_init3进行初始值为非0的全局和静态变量的初始化：

最后__call_main会调用main函数跳转到main函数：

至此MCU从复位向量开始，运行启动代码之后就跳转到main函数，然后开始运行用户的代码：

注意事项

• Cortex-M的MSP赋值是硬件自动操作的（复位之后从中断向量表0地址偏移取值然后赋给MSP），所以在上面的启动代码和启动过程没有体现。如果需要手动对MSP进行赋值（比如bootloader跳转到application，需要手动对application的MSP进行赋值），那么需要在启动代码最开始进行操作。

• IAR默认的启动代码是linker在link的时候自动添加的，需要在ICF文件添加initialize by copy命令。

• __low_level_init函数给用户提供了一个初始化的接口，用户可以实现对应的__low_level_init函数，如果MCU的RAM有ECC机制，需要在__low_level_init函数里面按照ECC的位宽对RAM区域进行一次写操作，避免后续RAM操作产生ECC错误。需要注意的是，__low_level_init函数在全局和静态变量初始化之前，所以里面不能使用全局和静态变量。同时，__low_level_init函数的返回值决定全局和静态变量是否需要初始化（返回值为1代表全局和静态变量需要初始化，返回值为0代表全局和静态变量不需要初始化）。

• __iar_program_start是IAR里面默认的程序开始标签，如果代码里面使用了其它的程序开始标签，需要使用linker选项--entry指定对应的程序开始标签：

总结

本文主要以Arm Cortex-M为例，介绍IAR Embedded Workbench中的MCU启动过程：当MCU复位之后，PC指针会指向对应的复位向量，然后运行对应的启动代码（startup code) ：如果MCU有FPU，__iar_program_start首先会调用__iar_init_vfp对FPU进行初始化，然后__iar_program_start会调用__cmain。__cmain首先会调用__low_level_init，然后会调用__iar_data_init3进行全局和静态变量的初始化。__iar_data_init3首先会调用__iar_zero_init3进行初始值为0的全局和静态变量的初始化，然后会调用__iar_copy_init3进行初始值为非0的全局和静态变量的初始化。最后__call_main会调用main函数跳转到main函数。

参考文献：

1. IAR C/C++ Development Guide (The initialization phase，System startup and termination)

2. https://www.beningo.com/understanding-the-microcontroller-boot-process/

3. Michael Barr, Anthony Massa Programming Embedded Systems, Second Edition (Initialize the Hardware)