从烧录程序到设备加载运行

前言

    在最近的一个项目中，突然想起以前学习嵌入式系统启动流程，所以借此机会复习一下从烧录程序到设备加载代码运行的过程，加深印象。

一.程序的结构

一个程序一般分为3段:text段,data段,bss段

text段:就是放程序代码的,编译时确定,只读,

data段:存放在编译阶段(而非运行时)就能确定的数据,可读可写

就是通常所说的静态存储区,赋了初值的全局变量和静态变量存放在这个区域,常量也存放在这个区域

bss段:定义而没有赋初值的全局变量和静态变量,放在这个区域

我们编译完成后生成烧录文件，一般单片机的HEX文件，还有些其他类型的文件，内容基本上都是上述三个段。接下来用烧录工具把生成的文件烧录到机器中的ROM或者FLASH。

二.设备启动

    以一般的单片机或者嵌入式Linux产品为例，CPU芯片中一般还有两个片内的ROM和RAM，ROM中存着一段芯片厂家出厂就写好的指令。机器启动时，CPU会运行ROM中的指令，把Flash中bootloader的第一部分,加载到CPU的RAM中，这个阶段做的事是：

对于一般的单片机，可能没有那么复杂，简单的来说，这两个阶段就是,初始化外部的RAM，初始化其他的硬件设备，把FLash中的text, data，bss三段加载到RAM中，加载的过程如下:

（1）为全局变量分配地址空间---如果全局变量已赋初值，则将初始值从ROM中拷贝到RAM中，如果没有赋初值，则这个全局变量所对应的地址下的初值为0或者是不确定的。当然，如果已经指定了变量的地址空间，则直接定位到对应的地址就行，那么这里分配地址及定位地址的任务由“连接器”完成。

（2）设置堆栈段的长度及地址---用C语言开发的单片机程序里面，普遍都没有涉及到堆栈段长度的设置，但这不意味着不用设置。堆栈段主要是用来在中断处理时起“保存现场”及“现场还原”的作用，其重要性不言而喻。而这么重要的内容，也包含在了编译器预设的内容里面，确实省事，可并不一定省心。
（3）分配数据段data，常量段const，代码段code的起始地址——代码段与常量段的地址可以不管，它们都是固定在ROM里面的，无论它们怎么排列，都不会对程序产生影响。但是数据段的地址就必须得关心。数据段的数据时要从ROM拷贝到RAM中去的，而在RAM中，既有数据段data,也有堆栈段stack，还有通用的工作寄存器组。通常，工作寄存器组的地址是固定的，这就要求在绝对定址数据段时，不能使数据段覆盖所有的工作寄存器组的地址。必须引起严重关注。
注：这里所说的“第一行代码处”，并不一定是你自己写的程序代码，绝大部分都是编译器代劳的，或者是编译器自带的demo程序文件。因为，你自己写的程序（C语言程序）里面，并不包含这些内容。高级一点的单片机，这些内容，都是在startup的文件里面。
4、普通的flashMCU是在上电时或复位时，PC指针里面的存放的是“0000”，表示CPU从ROM的0000地址开始执行指令，在该地址处放一条跳转指令，使程序跳转到_main函数中，然后根据不同的指令，一条一条的执行，当中断发生时（中断数量也很有限，2~5个中断），按照系统分配的中断向量表地址，在中断向量里面，放置一条跳转到中断服务程序的指令，如此如此，整个程序就跑起来了。决定CPU这样做，是这种ROM结构所造成的。
注：特别的，如下

1--I/O口寄存器：也是可以被改变的量，它被安排在一个特别的RAM地址，为系统所访问，而不能将其他变量定义在这些位置。

2--中断向量表：中断向量表是被固定在MCU内部的ROM地址中，不同的地址对应不同的中断。每次中断产生时，直接调用对应的中断服务子程序，将程序的入口地址放在中断向量表中。

总结有如下几段：

1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。

3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放

4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

最后

以上就是高挑曲奇为你收集整理的从烧录程序到设备加载运行的全部内容，希望文章能够帮你解决从烧录程序到设备加载运行所遇到的程序开发问题。

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