一、启动概述

STM32F103从上电到运行用户程序经历了一个精确的启动序列，主要包括硬件复位、启动模式选择、堆栈指针初始化、跳转到复位处理程序等步骤。

二、启动模式选择

1. 三种启动模式

STM32F103通过BOOT0和BOOT1引脚的电平状态决定启动模式：

• 主闪存启动 (BOOT1=X, BOOT0=0)

  • 从0x08000000地址启动
  • 这是最常用的模式，运行用户程序

• 系统存储器启动 (BOOT1=0, BOOT0=1)

  • 从0x1FFFF000地址启动
  • 运行ST出厂固化的Bootloader
  • 用于通过串口等接口下载程序

• 内置SRAM启动 (BOOT1=1, BOOT0=1)

  • 从0x20000000地址启动
  • 用于调试或运行RAM中的代码

2. 地址映射机制

根据启动模式，0x00000000地址会被映射到不同的物理地址：

• 主闪存模式：0x00000000映射到0x08000000
• 系统存储器模式：0x00000000映射到0x1FFFF000
• SRAM模式：0x00000000映射到0x20000000

三、详细启动流程

1. 上电复位阶段

上电 → POR/PDR复位 → 等待时钟稳定 → 读取BOOT引脚

• 电源监控：POR(Power On Reset)和PDR(Power Down Reset)监控电源电压
• 复位延时：确保电源稳定，典型值约为几毫秒
• HSI启动：默认使用8MHz内部高速时钟(HSI)作为系统时钟

2. 向量表读取

芯片首先从启动地址读取两个重要的32位数据：

地址0x00000000: 初始堆栈指针值(MSP)
地址0x00000004: 复位向量(Reset_Handler地址)

3. 硬件初始化

// CPU自动执行的操作：
1. SP = 读取地址0x00000000的值  // 设置主堆栈指针
2. PC = 读取地址0x00000004的值  // 跳转到Reset_Handler

4. Reset_Handler执行

这是第一个执行的用户代码，通常完成：

Reset_Handler:
    // 1. 设置向量表偏移寄存器(如果需要)
    SCB->VTOR = FLASH_BASE;
    
    // 2. 初始化数据段(.data)
    // 从Flash复制初始化数据到RAM
    
    // 3. 清零BSS段
    // 将未初始化的全局变量清零
    
    // 4. 调用SystemInit()
    // 配置时钟系统、PLL等
    
    // 5. 调用C库初始化(如果使用)
    __libc_init_array();
    
    // 6. 跳转到main函数
    main();

5. SystemInit系统初始化

SystemInit()函数主要完成：

• 时钟配置

  • 使能HSE(外部高速时钟)
  • 配置PLL倍频
  • 设置AHB、APB1、APB2分频器
  • 切换系统时钟源到PLL

• Flash访问配置

  • 设置Flash预取缓冲
  • 配置Flash等待周期

• 中断向量表配置

  • 设置向量表偏移地址

四、启动时序示例

时间线：
0ms:   上电，POR复位激活
1-2ms: 电压稳定，读取BOOT引脚
2ms:   从0x08000000读取MSP值
2.1ms: 从0x08000004读取Reset_Handler地址  
2.2ms: 跳转执行Reset_Handler
3ms:   执行SystemInit，配置时钟
5ms:   时钟切换完成，进入main函数

五、重要寄存器

1. RCC寄存器

• RCC_CR: 时钟控制寄存器
• RCC_CFGR: 时钟配置寄存器
• RCC_CSR: 控制/状态寄存器(包含复位标志)

2. SCB寄存器

• SCB_VTOR: 向量表偏移寄存器
• SCB_AIRCR: 应用中断和复位控制寄存器

六、启动代码示例

典型的启动文件结构(startup_stm32f103.s)：

.section .isr_vector
.word _estack          /* 栈顶地址 */
.word Reset_Handler    /* 复位处理函数 */
.word NMI_Handler      /* NMI处理函数 */
.word HardFault_Handler /* 硬件错误处理 */
/* ... 其他中断向量 ... */

Reset_Handler:
    /* 复制.data段 */
    ldr r0, =_sdata
    ldr r1, =_edata
    ldr r2, =_sidata
    /* ... 复制代码 ... */
    
    /* 清零.bss段 */
    ldr r0, =_sbss
    ldr r1, =_ebss
    /* ... 清零代码 ... */
    
    /* 调用系统初始化 */
    bl SystemInit
    
    /* 调用main函数 */
    bl main

七、注意事项

1. 启动时间优化

   • 减少全局变量初始化
   • 优化时钟配置流程
   • 合理设置Flash等待周期

2. 调试技巧

   • 通过RCC_CSR寄存器判断复位原因
   • 使用GPIO翻转监测启动时间
   • 检查向量表配置是否正确

3. 常见问题

   • 晶振不起振导致启动失败
   • Flash等待周期设置不当
   • 堆栈溢出导致启动异常

这个启动过程确保了STM32F103能够可靠地从复位状态过渡到运行用户应用程序，整个过程通常在几毫秒内完成。