一、单片机程序运行的本质

1.程序代码放在哪

2.变量放在哪

3.cpu上电后先执行谁

对mcu来说：

• Flash：掉电不丢，存程序代码和常量
• RAM：掉电丢失，存运行时变量
• CPU：从一个固定入口开始执行指令

程序运行的本质就是：

把“该放 Flash 的东西”放到 Flash，
把“该放 RAM 的东西”安排好，
然后 CPU 从复位入口开始跑，先做初始化，再跳进 main()

二、从源代码到单片机可执行文件的流程

一、编译阶段

输入：main.c、led.c、uart.c、startup.s等源代码文件

1. 预处理：编译器首先处理源代码中的宏定义、头文件包含和条件编译指令，生成预处理后的代码文件（通常以.i为后缀）。
           此阶段会将所有宏展开、嵌入头文件内容、清除注释

2. 编译：将预处理后的代码转换为汇编语言（通常以.s为后缀）。
           此阶段进行语法分析、语义检查、中间表示生成和优化。

3. 汇编：将汇编代码转换为目标文件（通常以.o为后缀）。
            目标文件包含二进制机器码、符号表和重定位信息

输出：main.o、led.o、uart.o、startup.o等目标文件

二、链接阶段

输入：所有目标文件（.o文件）和链接脚本（.ld文件）

.ld 链接文件：内存分配总规划图

1. 合并段：链接器将所有目标文件中的相同段合并，如所有.text段（代码）合并成一个大的.text段，所有.data段（已初始化数据）合并成一个.data段

2. 符号解析：链接器查看所有目标文件的符号表，将引用与定义关联起来。

   • 例如：printf函数的引用会被链接到标准库中的实现

3. 地址重定位：根据链接脚本（.ld文件）为每个符号分配最终的内存地址，并修正所有"浮动"的地址引用。

   • 链接脚本定义了单片机内存布局

     MEMORY {
       FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 1M
       RAM  (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
     }
     SECTIONS {
       .vector_table : { KEEP(*(.vector_table)) } > FLASH
       .text : { *(.text) *(.rodata) } > FLASH
       .data : { *(.data) } > RAM AT > FLASH
       .bss : { *(.bss) } > RAM
     }

输出：.elf文件、.map文件、.bin或.hex文件

• .elf文件：包含完整的代码、数据和调试信息的可执行文件
• .map文件：内存映射文件，显示程序的内存布局和符号地址
  • 包含段交叉引用表（Section Cross References），显示"谁调用了谁"的关系
• .bin或.hex文件：通过格式转换工具生成的二进制文件，用于烧录

三、烧录

将二进制文件.bin或.hex文件烧录到单片机的Flash当中

三、单片机上电的启动流程

1.完整的启动流程

1.硬件自动做的事情

• 确定从哪里启动
• 读取向量表
• 设置 MSP
• 跳转到 Reset_Handler

2.startup.s里的启动代码做的

• 提供向量表
• 提供 Reset_Handler
• 初始化 C 运行环境
• 最终调用 main()

3.SystemInit() 做的

• 配置时钟树
• 初始化 PLL
• 配置 FPU
• 设置向量表偏移寄存器 VTOR（某些工程）
• 芯片底层系统配置