MCU在执行main之前做了什么？

本文以Arm Cortex-M为例，介绍了在IAR Embedded Workbench中微控制器（MCU）的启动过程。在MCU复位后，程序计数器（PC）会指向相应的复位向量，并开始执行启动代码（startup code）。如果MCU支持浮点单元（FPU），则在启动过程中，首先会调用__iar_init_vfp来初始化FPU，然后继续执行__iar_program_start。接着，__iar_program_start会调用__cmain函数。在__cmain中，会先调用__low_level_init函数，然后调用__iar_data_init3来进行全局和静态变量的初始化。在__iar_data_init3中，首先会调用__iar_zero_init3来初始化初始值为0的全局和静态变量，随后会调用__iar_copy_init3来初始化初始值为非0的全局和静态变量。最终，在启动过程的最后阶段，会通过调用__call_main来跳转到main函数，从而开始执行主程序。

MCU启动过程

MCU启动过程指的是从MCU复位到main函数之前的过程。

当MCU复位之后，MCU会从对应的复位向量开始运行，初始化Stack pointer指向指定Stack区域的末尾，然后调用__low_level_init函数进行相关的初始化。

(在微控制器（Microcontroller，缩写为MCU）中，复位向量（Reset Vector）是一个特殊的内存地址，用于指示MCU在复位或启动时应该开始执行的第一条指令。当MCU发生复位事件（如上电复位、外部复位、看门狗定时器复位等）时，它会将程序计数器（PC）设置为复位向量的地址，从而开始执行存储在这个地址上的指令。

复位向量通常位于MCU的存储器中的固定位置，通常是在芯片的起始位置。这确保了在复位时能够始终从相同的地址开始执行，从而确保可靠的系统启动。

复位向量的内容可以是任何有效的机器指令，通常是一条跳转指令（比如跳转到主程序的入口点），以便MCU能够开始执行实际的应用程序代码。

总之，复位向量是一个重要的概念，它确保了在MCU复位时，程序能够从可控的、确定的位置开始执行，从而使系统能够正常启动并运行。)

接下来是全局和静态变量的初始化：初始值为0的变量对应的RAM区域会清零，初始值为非0的变量，会从ROM拷贝到RAM（注意：如果__low_level_init函数返回0，这一步将会跳过）。

然后是C++动态初始化：构造静态 C++ 对象，最后会调用main函数。

更具体一点：

当MCU复位之后，PC指针会指向对应的复位向量，然后运行对应的启动代码（startup code)，启动代码首先会初始化Stack pointer指向指定Stack区域的末尾。

然后初始化初始值为0的存储在RAM中的全局和静态变量（比如 int i = 0;）：

初始化初始值为非0的存储在RAM中的全局和静态变量（比如 int i = 1;），对应的初始值从相应的ROM拷贝到对应的RAM：

最后，调用main函数:

启动代码

通常情况下，如果ICF文件中添加了initialize by copy 命令，linker会自动选择并添加对应的启动代码来完成对应的启动过程。对应的启动代码通过库文件的方式进行link。对应的启动代码在安装目录arm\src\lib下面：

\arm\src\lib\thumb\cstartup_M.s                  (__iar_program_start)
\arm\src\lib\thumb\cmain.s                     (__cmain，__call_main)
\arm\src\lib\runtime\low_level_init.c               (__low_level_init)
\arm\src\lib\runtime\data_init.c                  (__iar_data_init3)
\arm\src\lib\runtime\zero_init3.c                 (__iar_zero_init3)
\arm\src\lib\runtime\copy_init3.c                 (__iar_copy_init3)

对应的启动代码和相关文件信息会在map文件里面列出来：

同时map文件里面INIT TABLE章节会列出对应的全局和静态变量的初始化信息：初始值为0的会使用__iar_zero_init3进行初始化，初始值为非0的会使用__iar_copy_init3进行初始化：

调试

为了能够调试查看对应的启动代码和启动过程，需要配置Debugger选项里面的Run to，即不要勾选Run to，这样调试的时候复位之后PC会停在复位向量而不是main函数，然后就可以调试对应的启动代码和启动过程。

复位之后，PC会停在复位向量Reset_Handler，Reset_Handler首先会调用SystemInit函数进行相关的配置和初始化（这个是Cortex-M CMSIS的标准），然后会调用__iar_program_start：

如果对应的MCU有FPU，__iar_program_start首先会调用__iar_init_vfp对FPU进行初始化：

然后__iar_program_start会调用__cmain：

__cmain首先会调用__low_level_init（默认实现为空，仅返回 1）：

__cmain然后会调用__iar_data_init3进行全局和静态变量的初始化：

__iar_data_init3首先会调用__iar_zero_init3进行初始值为0的全局和静态变量的初始化：

__iar_data_init3然后会调用__iar_copy_init3进行初始值为非0的全局和静态变量的初始化：

最后__call_main会调用main函数跳转到main函数：

至此MCU从复位向量开始，运行启动代码之后就跳转到main函数，然后开始运行用户的代码：

注意事项

• Cortex-M的MSP赋值是通过硬件自动操作完成的，在复位后会从中断向量表的0地址偏移处获取值并赋给MSP寄存器。因此，上述启动代码和启动过程中并未显式体现这一步骤。然而，若需要手动对MSP进行赋值（例如在bootloader跳转到application时需要手动为application设置MSP值），则需要在启动代码的起始部分执行这一操作。
• IAR默认的启动代码是在链接（link）过程中由链接器自动添加的。如果需要手动进行MSP赋值等操作，这些代码可以在启动代码的最开始部分进行添加。此外，为了支持这种操作，需要在ICF（IAR Configuration File）文件中添加"initialize by copy"命令。
• 对于初始化操作，用户可以通过实现__low_level_init函数来进行。特别是对于支持ECC（Error Correction Code）机制的MCU的RAM，需要在__low_level_init函数中根据ECC的位宽对RAM区域进行一次写操作，以避免后续RAM操作引发ECC错误。需要注意的是，__low_level_init函数在全局和静态变量初始化之前执行，因此其中不能使用这些全局和静态变量。此外，__low_level_init函数的返回值决定是否需要对全局和静态变量进行初始化，返回1表示需要初始化，返回0表示不需要初始化。
• 在IAR中，__iar_program_start是默认的程序开始标签。如果代码中使用了其他程序开始标签，可以通过链接器选项--entry来指定相应的程序开始标签。

总结

本文以Arm Cortex-M为例，介绍了在IAR Embedded Workbench中微控制器（MCU）的启动过程。在MCU复位后，程序计数器（PC）会指向相应的复位向量，并开始执行启动代码（startup code）。如果MCU支持浮点单元（FPU），则在启动过程中，首先会调用__iar_init_vfp来初始化FPU，然后继续执行__iar_program_start。接着，__iar_program_start会调用__cmain函数。在__cmain中，会先调用__low_level_init函数，然后调用__iar_data_init3来进行全局和静态变量的初始化。在__iar_data_init3中，首先会调用__iar_zero_init3来初始化初始值为0的全局和静态变量，随后会调用__iar_copy_init3来初始化初始值为非0的全局和静态变量。最终，在启动过程的最后阶段，会通过调用__call_main来跳转到main函数，从而开始执行主程序。