STM32：(0)上电启动之地址重映射-EW帮帮网

在STM32微控制器中，启动时的地址重映射（Remap）是一个重要的概念，它允许将不同的存储器区域映射到特定的地址空间，以便在启动时能够正确执行代码。具体来说，这通常涉及到将内部Flash、系统存储器（System Memory，即内置的Bootloader）或内部SRAM映射到0x00000000开始的地址空间。

1、为什么需要地址重映射？

在ARM Cortex-M系列处理器（包括STM32的Cortex-M3、M4、M7等）中，内核设计的特点是：处理器上电或复位后，会从两个特定的地址获取初始信息：

主栈指针（MSP）的初始值：从地址0x00000000处读取的值作为MSP的初始值，属于硬件行为，由内核的电路设计实现，而非软件控制内核。
复位向量（程序计数器PC初始值）：从地址0x00000004处读取的值作为PC的初始值，也就是内核即将执行的第一条指令所在的地址，属于硬件行为，由内核的电路设计实现，而非软件控制内核。

因此，必须确保在启动时，0x00000000开始的地址空间是可访问的，并且有有效的栈指针和复位向量(存放正确的复位函数的地址)。然而，STM32内部有多个存储器区域（如Flash、SRAM、系统存储器）能够存放可执行的代码，它们的物理地址并不都在0x00000000开始的地方。例如：

内部Flash通常起始于0x08000000，存储用户程序，内核会从内部Flash取出指令语句，交给内核的译码单元、ALU单元等进行运算即执行指令语句。
内部SRAM通常起始于0x20000000，存储运行时数据，也可以存放用户程序，用于临时调试。
系统存储器（System Memory）通常起始于0x1FFF0000（M3/M4），这段地址上固化了一段出厂Bootloader。如果MCU从系统存储器启动，那么这段代码配合官方给的上位机或者FlyMcu上位机，能够让用户使用上位机通过串口烧写bin文件到内部Flash中。官方给定了串口烧写时的通信协议，所以实际上用户也可以自行开发上位机适配系统Bootloader。

一般情况是用户把代码烧写到Flash中，然后从内部Flash启动。但还有另外两种情况：

用户把代码烧写到内部SRAM，并让MCU从内部SRAM启动，这样的好处是不会更改Flash中的代码就能验证、调试代码修改后的效果。但要注意：此时代码和数据都处在SRAM中，需要指定好两者各自存放的地址，不要冲突覆盖
用户想通过系统存储器里的Bootloader将用户代码烧写到Flash中，此时就需要让MCU从系统Bootloader启动即复位后去0x1FFF0000地址段获取MSP和PC初值：0x1FFF0000地址存放了系统Bootloader代码计算的MSP值，0x1FFF0000+0x4地址则存放了系统Bootloader代码的复位向量地址值。
至于代码为啥是这样存放的，则完全是由ARM的编译器和连接器决定的，本质就是ARM设计的架构规定的，根据架构编译出的bin文件，bin文件的开头就是MSP的值和复位向量地址值，紧跟着的一段地址上依次存放着其他向量即中断回调函数的地址，这些向量共同组成了中断向量表。这个就是ARM的特点：中断向量表存放在0x0地址。

由于这些存储器的物理地址并非从 0x0000_0000 开始，而Cortex-M内核要求复位时必须访问零地址空间，如果想要内核能够灵活的选择不同地址上的代码作为启动引导代码，那么就要想办法将 0x0000_0000地址【指向即重映射】到这些目标代码的存放地址即上述三种存储器的首地址。

为什么要地址的重映射而不是将代码复制到0x0地址？复制动作是将代码从一个存储器搬运到另一个存储器，但是0x0地址处并不是一个存储器，而只是逻辑地址（虚拟概念而非实体），因此无法进行代码复制，只能将0x0地址重映射到各个物理地址（物理地址意味着有对应的实体存储器）

Cortex-M内核的启动时的地址重映射是硬件行为，由内核电路设计实现，而不是通过软件控制的，所以说，地址重映射（对应的是根据Boot引脚电平选择启动引导源这个动作），发生在第一句代码执行之前。通过硬件重映射将其中一个物理存储区域映射到0x0地址，可以将上述存储器区域之一映射到0x00000000起始的地址空间。这样，在启动时，处理器就是去访问目标存储器里的bin代码，就可以从映射后的地址空间读取栈指针和复位向量。

2、如何实现地址重映射？

在STM32中，地址重映射是通过SYSCFG模块（系统配置控制器）中的重映射寄存器（SYSCFG_MEMRMP）来实现的。具体步骤如下：

2.1 复位后默认映射

当STM32复位后，根据BOOT引脚的状态（BOOT0和BOOT1），选择不同的启动模式，从而决定将哪个存储器映射到0x00000000：

BOOT1	BOOT0	重映射目标	典型用途
x	0	从内部Flash启动（`Flash映射到0x00000000`，这个模式下，访问地址0x0和地址0x08000000都是访问Flash，也是访问代码）	常规用户程序
0	1	从系统存储器启动（系统存储器，即`系统Bootloader映射到0x00000000`）	使用内置Bootloader串口下载
1	1	从内部SRAM启动（`SRAM映射到0x00000000`，这个模式下，访问地址0x0和地址0x20000000都是访问SRAM，也是访问代码）	调试或SRAM运行临时程序

2.1.1 硬件决定的地址重映射

这种地址重映射是通过芯片内部的硬件自动完成的，不需要软件干预。—— 这个观点的来源依据？
复位时，芯片内部通过一个硬件开关（称为重映射开关）将选中的物理存储区域别名映射到 0x0000_0000
例如：当BOOT0=0时，访问 0x0000_0000 实际访问的是 0x0800_0000 的Flash内容。

2.1.2 STM32F4的内存地址分配

在这里插入图片描述

当STM32复位后，根据BOOT引脚的状态（BOOT0和BOOT1），选择不同的启动模式，这时就只有三种启动模式，但是如果想从外部Flash或者存储器启动该怎么办？这个就是接下来的【运行时的重映射】，其发生在复位重映射之后。比如，复位重映射选择了从内部Flash启动，随后进入启动代码.s，从内部Flash取MSP和PC的初始值，然后执行

2.2 运行时的重映射

选择自举引脚后，应用程序软件可以将某些存储器设定为从代码空间进行访问（这样，可通过ICode 总线而非系统总线执行代码）。这样的修改通过在 SYSCFG 控制器中编程第 8.2.1节：SYSCFG存储器重映射寄存器 (SYSCFG_MEMRMP) 来实现。因此可重映射以下存储器：

主 Flash
系统存储器
嵌入式 SRAM1 (112 KB)
FSMC 块 1（NOR/PSRAM 1 和 2）

2.2.0 SYSCFG存储器重映射寄存器

此寄存器的MEM_MODE位用于对存储器重映射进行配置：

使用两个位来配置可在地址 0x0000 0000 访问的存储器区域。从而通过软件选择物理重映射，而旁路（绕开/忽略） BOOT 引脚。
这两个位的复位值和复位时 BOOT 引脚的设置相同。当 BOOT 引脚设为 10 [(BOOT1,BOOT0)= (1,0)] 从主 Flash 中自举时，寄存器值为 0x00。
当把 FSMC 重映射到地址 0x0000 0000 时，只有 FSMC 的 Bank1 的前两个区域（NOR/PSRAM 1和 NOR/PSRAM 2）可被重映射到低端地址。在重映射模式下，CPU 可以通过 ICode 总线（而不是 System 总线）访问外部存储器来提高性能。
偏移地址：0x00
复位值：0x0000 000X（X 和 BOOT 引脚的设置相同）

2.2.1 软件控制片上SRAM重映射

除了启动时的映射，在程序运行过程中，也可以通过配置SYSCFG_MEMRMP寄存器来改变映射关系。例如，我们可以将SRAM映射到0x00000000，而将Flash映射到其原始地址（0x08000000）。这样做的目的通常是为了：

在SRAM中运行程序（调试时更快速）。
实现类似于中断向量表动态重定位的功能（在SRAM中重新设置向量表）。
注意：在STM32中，中断向量表的位置可以通过NVIC（嵌套向量中断控制器）中的向量表偏移寄存器（VTOR）来重新定位，而不一定依赖于地址重映射。但地址重映射可以使得代码如同在0x0地址执行一样。

2.2.1 实现步骤（以映射SRAM为例）

首先，需要确保SRAM已经被正确初始化（上电后SRAM默认可用）。
然后，通过配置SYSCFG_MEMRMP寄存器将SRAM映射到0地址：

   // 寄存器写法示例：将SRAM重映射到0地址
   RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_SYSCFGEN;// 使能SYSCFG时钟
   SYSCFG->MEMRMP = SYSCFG_MEMRMP_MEM_MODE_1; //0x0000_0000 -> SRAM

    //标准库写法
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);// 使能SYSCFG时钟 
   SYSCFG_MemoryRemapConfig(SYSCFG_MemoryRemap_SRAM);// 设置重映射寄存器，将SRAM映射到0x00000000

此时，0x00000000开始的地址空间就是SRAM的前若干字节（具体大小取决于SRAM的大小）。

2.2.2 软件控制片外Flash重映射

如果从外部Flash运行程序，要把程序下载到外部Flash

2.3 注意事项

地址重映射只是提供了一个从0x0地址开始的视图，存储器的物理位置并没有改变。例如，当我们将Flash地址映射到0x0地址时，实际上是通过一个别名访问（0x00000000对应0x08000000，0x00000004对应0x08000004）。
在启动后，如果改变了映射关系，需要特别注意中断向量表的处理。通常，我们会通过设置VTOR寄存器来指定新的中断向量表位置（例如，在重映射到SRAM后，如果要在SRAM中放置向量表，则需要将VTOR设置为SRAM中的向量表地址）。
在运行过程中改变映射关系时要小心，因为改变映射后，当前执行的代码可能会受到影响（如果代码不在0x0地址空间运行则可能不受影响，但通常改变映射前需要确保代码在不会受影响的区域运行）。

2.4 总结

STM32内部有一个名为 “内存地址重映射控制器” 的模块：

复位时，根据BOOT引脚状态生成硬件映射选择信号。
通过地址总线切换逻辑，将零地址空间访问转发到目标物理存储区。
目标存储区的物理地址被镜像到零地址空间，形成虚拟映射关系。

地址重映射是STM32启动过程中的一个重要机制，它通过硬件根据BOOT引脚的状态将不同的存储器映射到0地址。在程序运行时，也可以根据需要通过SYSCFG寄存器改变映射关系。这一机制使得STM32能够灵活地选择启动源，并在运行时动态调整存储器映射，以满足不同的需求（如在SRAM中调试程序）。

3、GD32F470启动简介

3.1 硬件BOOT开关

GD32F4xx系列微控制器提供了三种引导源，可以通过BOOT0和BOOT1引脚来进行选择，该两个引脚的电平状态会在复位后的第四个CK_SYS（系统时钟）的上升沿进行锁存。用户可自行选择所需要的引导源，通过设置上电复位和系统复位后的BOOT0和BOOT1的引脚电平。一旦这两个引脚电平被采样，它们可以被释放并用于其他用途。
在这里插入图片描述

3.2 先BOOT再取SP值和PC值

上电序列或系统复位后，硬件根据BOOT电平自动选择引导源即进行了重映射，然后Cortex-M4处理器先从0x0000 0000地址获取栈顶值，再从0x0000 0004地址获得引导代码的基地址，然后从引导代码的基地址开始执行程序。

3.3 SYSCFG寄存器

所选引导源对应的存储空间会被映射到引导存储空间，即从0x0000 0000开始的地址空间。如果片上SRAM（开始于0x2000 0000的存储空间）被选为引导源，用户必须在应用程序初始化代码中通过修改NVIC异常向量表和偏移地址将向量表重置到SRAM中。当主FLASH存储器被选择作为引导源，从0x0800 0000开始的存储空间会被映射到引导存储空间。由于主FLASH存储器的Bank0或Bank1均可映射到地址0x0800 0000（通过配置SYSCFG_CFG0寄存器的FMC_SWP控制位），所以，微控制器可以使用该方法从Bank0或Bank1中启动。

SYSCFG基地址：0x4001 3800
复位值：0x0000 000X（根据BOOT0和BOOT1引脚的状态，X表示BOOT_MODE[1:0]，可能为任意值）
BOOT_MODE[2:0]这些位决定CPU在地址0x0000 0000的访问值，复位之后，根据BOOT0和BOOT1引脚的配置，通过下表获取 BOOT_MODE[2:0]的初始值
BOOT_MODE[2:0]允许被软件写入。通过软件配置可以选择更多的器件，一旦这些控制位通过软件写入，BOOT0和BOOT1引脚的电平状态将会被忽略:
- 000：主FLASH存储器（0x0800 0000~0x08FF FFFF）被映射到地址0x0000 0000
- 001：引导装载代码所在系统存储器（0x1FFF 0000~0x1FFF 7FFF）被映射到地址
  0x0000 0000
- 010：EXMC的SRAM/NOR 0和1（0x6000 0000~0x67FF FFFF）被映射到地址0x0000
  0000
- 011：片上SRAM的SRAM0（0x2000 0000~0x2001 BFFF）被映射到地址0x0000 0000
- 100：EXMC的SDRAM Device0（0xC000 0000~0xC7FF FFFF）被映射到地址0x0000
  0000
注意：即使映射到地址0x0000 0000，相应存储器仍可通过原始存储空间进行访问。
这展示出一个特点：MCU可以选择从外部存储器启动！如果是从外部存储器启动，那么显然需要提前将EXMC模块配置号才行，这样才能在重映射之后直接访问外部存储器的代码，可是在什么时候配置的EXMC模块的呢？

3.4 选项字节

为了使能引导块功能，选项字节中的BB控制位需要被置位。当该控制位被置位并且主FLASH存储器被选择作为引导源，微控制器从引导装载程序中启动并且引导装载程序跳至主FLASH存储器的Bank1中执行代码。在应用程序初始化代码中，用户必须通过修改NVIC异常向量表和偏移地址将向量表重置到Bank1基地址。

引导装载程序在生产器件的过程中已经被编程，用于通过以下其中一个通信接口重新编程主FLASH存储器：

USART0（PA9和PA10）、USART2（PB10和PB11或PC10和PC11）。

4、N32G45启动简介

在这里插入图片描述
内嵌的自举程序存放在系统存储器 System Memory 内，用于通过 USART1 或者 USB-FS 接口（全速 USB 设
备，DFU 协议）对闪存存储器进行重新编程。当外部使用 4MHz、6MHz、8MHz、12MHz、16MHz、18MHz、
24MHz、32MHz 时钟（HSE）才能运行 USB-FS 接口。而 USART1 接口除了可以依靠上述的 8 个频率的外
部时钟（HSE）外，还可以依靠内部 8MHz 振荡器（HSI）运行

5、F28335启动简介

在这里插入图片描述

6、MPC5554启动简介

BOOTCFG取决于BOOT引脚的电平值
RCHW一起决定着BOOT模式
RCHW存放地址是可以变化的
审查控制寄存器
串行BOOT控制寄存器

7、硬件重映射

在STM32和Cortex-M架构的文档中，关于地址重映射的硬件开关机制的描述存在明确的依据。以下是具体来源和解释：

7.1 Cortex-M4权威指南（ARM官方文档）

文档：
《ARM Cortex-M4 Technical Reference Manual》（ARM DDI 0439）和《ARMv7-M Architecture Reference Manual》（ARM DDI 0403）。
复位序列（Reset Sequence）（参考《ARMv7-M》章节 B1.5.5）：
明确说明复位后，CPU会直接从 0x0000_0000 读取MSP和复位向量，且此过程是硬件自动完成的，无需软件干预。
内存映射（Memory Map）（参考《ARMv7-M》章节 B3.2）：
提到Cortex-M内核通过“别名机制”访问零地址空间，具体映射源由芯片厂商（如ST）的硬件设计决定。
结论：
Cortex-M内核硬件强制从零地址启动，映射到哪个物理存储区由芯片内部的硬件逻辑控制，与软件无关。

7.2 STM32参考手册（以STM32F4为例）

文档：
《STM32F4xx Reference Manual》（RM0090）。
启动配置（Boot configuration）（章节 2.4）：
明确描述了BOOT引脚的电平状态如何选择映射源（Flash、SRAM或系统存储器）。

“The boot loader is activated when BOOT0 pin is high and BOOT1 pin is low. In this case, the hardware remaps the System Memory to address 0x0000_0000.”

SYSCFG寄存器（SYSCFG_MEMRMP）（章节 7.2.1）：
提到复位后默认的映射由BOOT引脚决定，而运行时可通过SYSCFG寄存器修改映射（此时需软件参与）。
硬件开关的明确描述：
在复位时序图（Figure 2. Boot modes）中，BOOT引脚的状态在复位信号的下降沿被锁存，芯片内部硬件自动完成映射切换，早于第一条指令执行。

7.3 硬件开关和软件开关

硬件开关的定义：此处的“硬件开关”指芯片内部的多路复用器（MUX）或地址解码逻辑，在复位时根据BOOT引脚状态自动选择物理存储区映射到零地址，完全无需代码执行。

硬件开关的时机：在处理器尚未执行任何代码时（即复位信号释放前的硬件初始化阶段）。以下设计特性证明重映射是硬件完成的：

复位时序要求：
Cortex-M内核要求在复位释放后的第一个时钟周期即读取 0x0000_0000 的MSP和PC值。若依赖软件配置，时间上无法满足。复位后第一条指令执行前必须完成映射（否则无法获取PC）。
BOOT引脚锁存时机：
STM32手册明确BOOT引脚状态在复位时被锁存，且映射切换在复位结束前完成（见RM0090的复位流程图）。BOOT引脚状态在复位时锁存，且手册明确描述硬件重映射。
SYSCFG寄存器的存在意义：
如果复位映射是软件实现的，SYSCFG_MEMRMP寄存器将无需存在（因为软件可直接修改映射）。

7.4 硬件重映射的时序

STM32启动时硬件重映射的时序：

复位信号有效（低电平）：
- CPU停止，BOOT引脚状态被锁存。
复位信号释放（上升沿）：
- 硬件根据BOOT引脚选择映射源（Flash/SRAM/系统存储器）。
- 映射到 0x0000_0000 的物理区域生效。
CPU读取MSP和PC：
- 从 0x0000_0000 读取栈指针（MSP）。
- 从 0x0000_0004 读取复位向量（PC）。
执行第一条指令：
- 此时已处于用户代码或Bootloader中。

7.5 总结

硬件开关的依据：Cortex-M架构要求 + STM32手册对BOOT引脚的描述。
硬件开关的实质：芯片内部的地址解码逻辑（多路复用器），在复位时自动完成映射。
与软件开关的区别：硬件开关在零周期（代码执行前）生效，软件开关需通过寄存器配置（如SYSCFG_MEMRMP）。

8、写程序验证功能

8.1 从SRAM启动

在SRAM中调试

STM32：(0)上电启动之地址重映射