代码收藏家技术教程 2025-01-24

STM32在bootloader跳转到application时设置MSP

1. 简介

在做bootloader 跳转到application时，经常会看到设置MSP的操作__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ENTRY);。

1.1 MSP的作用

在STM32微控制器中，MSP（Main Stack Pointer，主堆栈指针）是一个非常重要的寄存器，它用于管理堆栈。堆栈是用于临时存储数据和保持子程序返回地址的区域。MSP在以下几种情况下发挥关键作用：

启动时初始化：在系统启动时，MSP会被初始化为向量表中的初始值。这个初始值通常在启动文件（如startup_stm32fxx.s）中定义。
异常和中断处理：当发生异常或中断时，MSP用于保存当前的程序状态，包括寄存器内容。这样，当异常或中断处理完成后，可以恢复原来的程序状态并继续执行。
操作系统使用：在使用实时操作系统（RTOS）时，MSP通常用于处理系统级的中断和异常，而每个任务可能有自己的堆栈指针（PSP，Process Stack Pointer）。MSP和PSP的切换由操作系统来管理，以实现任务之间的切换。
函数调用：在函数调用过程中，MSP用于保存局部变量、函数参数和返回地址。当函数调用结束时，MSP会恢复到调用前的状态。

MSP的值可以通过特定的汇编指令（如MRS和MSR）来读取和修改。在C语言编程中，通常不需要直接操作MSP，但在底层驱动开发或调试时，了解MSP的作用和如何操作它是很有帮助的。

下面是一个简单的汇编代码示例，展示如何读取和写入MSP：

MRS R0, MSP  ; 读取MSP的值到R0寄存器
MSR MSP, R0  ; 将R0寄存器的值写入MSP

通过这些操作，可以查看和修改MSP的值，以便进行调试或特定的系统级操作。

1.2 MSP的设置

MSP 通常在特权模式下使用，由硬件自动管理和切换，在系统启动时初始化。

系统初始化时，会执行Reset_Handler，先看下这个函数

Reset_Handler:
  ldr   r0, =_estack
  mov   sp, r0          /* set stack pointer */

/* Call the clock system initialization function.*/
  bl  SystemInit

/* Copy the data segment initializers from flash to SRAM */
  ldr r0, =_sdata
  ldr r1, =_edata
  ldr r2, =_sidata
  movs r3, #0
  b LoopCopyDataInit
  ...
  ...

从上述代码的可以看出， Reset_Handler把_estack加载到SP（堆栈指针），而_estack在链接文件中定义
/* Highest address of the user mode stack */ _estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM); /* end of "RAM" Ram type memory */

以STM32G070为例，在.map文件中可以看到_estack的值

0x20009000                        _estack = (ORIGIN (RAM) + LENGTH (RAM))
0x00000200                        _Min_Heap_Size = 0x200
0x00000400                        _Min_Stack_Size = 0x400

所以上电初始化时， MSP的值应该是 0x20009000.

2. 跳转时是否必须显示的设置MSP的值

2.1 _estack的值存储在哪里

上述1.2节，介绍了_estack的初始化值为0x20009000，但这个值存储在哪个地址？答案是在中断向量表中：

 .section .isr_vector,"a",%progbits
  .type g_pfnVectors, %object

g_pfnVectors:
  .word _estack
  .word Reset_Handler
  .word NMI_Handler
  .word HardFault_Handler
  .word 0
  .word 0
  .word 0
  .word 0
  .word 0
  .word 0
  .word 0
  .word SVC_Handler
  .word 0
  .word 0
  .word PendSV_Handler
  .word SysTick_Handler
  .word WWDG_IRQHandler                   /* Window WatchDog              */
  .word 0                                /* reserved                     */
  ...
  ...

由中断向量表代码段可看出， _estack在向量表的首地址；查看.map文件：

.isr_vector     0x08000000       0xb8
                0x08000000                        . = ALIGN (0x4)
 *(.isr_vector)
 .isr_vector    0x08000000       0xb8 ./Core/Startup/startup_stm32g070cbtx.o
                0x08000000                g_pfnVectors
                0x080000b8                        . = ALIGN (0x4)

向量表的首地址为isr_vector 0x08000000；所以_estack的值存储在 0x08000000，值为 0x20009000.
通过JLINK可以读出FLASH里的值

或者查看hex文件，同样可以找到

2.2 跳转时设置 MSP

跳转时设置MSP的值：

__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ENTRY);

其中APPLICATION_ENTRY就是application的起始地址，这里假设APPLICATION_ENTRY = 0x0800a200，那这个地址理论上存放的也是application的 _estack，通过JLINK读取这个地址的值验证：

所以，__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ENTRY);这句话的意思也就是把application的_estack赋值给MSP。

2.3 跳转时不显式的设置MSP

如果跳转时不加__set_MSP(*(__IO uint32_t*) APPLICATION_ENTRY);，会不会有问题？
先看跳转的代码：

// Start application
    dw_reset = *(uint32_t *)(APPLICATION_START);
    pf_reset = (t_VOID_FUNC)( dw_reset );
    pf_reset();

这里APPLICATION_START = 0x0800A204，也就是bootloader 直接跳转到application的 Reset_Handler。至此，又回到了1.2节，在Reset_Handler里会自动将 _estack的值赋给SP。
所以，如果Reset_Handler里设置了SP的值，则跳转时，不是必须要显式的设置MSP的值。

作者：pirateeee

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