本节有两个目标：

  1. 板子启动
  2. 基本驱动，printf重定向

1. 板子启动

　　一般来讲，MCU启动之后运行的第一段程序叫做BootRom，是厂商固化在芯片内部的，主要功能是检测启动方式和做一些必要的准备工作。大多数MCU都支持从多种存储器中启动，如NorFlash、NandFlash、EMMC等。对于STM32F1来说，可以选择3种存储器作为启动源分别是：flash，系统存储，片上RAM。flash的大小是512KB；片上RAM的大小是64KB；系统存储区存储内嵌的自举程序，由ST在生产线上写入，用于通过可用的串口对flash进行编程。我们的代码最终要放在flash上运行，但是前期调试阶段可以先放在RAM上跑，这样下载比较快速，方便调试，在RAM上跑的方法可以参考我写的分散加载相关的文章。

　　BootROM之后就是编程人员可以控制的部分了，程序会从地址0开始执行，但并不是执行0地址处的指令，而是取出0地址处的值赋给SP，然后取4地址处的值（其实是复位处理函数的地址）赋给PC，接着就会运行复位处理函数进行系统初始化，调用main()等一系列操作。4地址往后是一系列的异常服务函数的地址。这点跟以前的ARM7系列有所不同，ARM7系列的开头虽然也是中断向量表，但是每个地址存放的都是一条跳转指令，而Cortex-M系列存放的是服务函数的地址。以上功能一般以汇编语言编写，存放在一个单独的文件中，称为启动文件。ST官方已经准备好了一个启动文件的模板供我们使用，即startup_stm32f10x_hd.s，我们目前只需要修改一个地方，就是屏蔽SystemInit函数，这个函数是用来初始化时钟的，我们把这个步骤放到main()函数里去做。 完整的启动文件代码如下：

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Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp
                                                  
; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Heap_Size       EQU     0x00000200

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

                PRESERVE8
                THUMB


; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
                EXPORT  __Vectors_End
                EXPORT  __Vectors_Size

__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler                ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler          ; Hard Fault Handler
                DCD     MemManage_Handler          ; MPU Fault Handler
                DCD     BusFault_Handler           ; Bus Fault Handler
                DCD     UsageFault_Handler         ; Usage Fault Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     SVC_Handler                ; SVCall Handler
                DCD     DebugMon_Handler           ; Debug Monitor Handler
                DCD     0                          ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler             ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler

                ; External Interrupts
                DCD     WWDG_IRQHandler            ; Window Watchdog
                DCD     PVD_IRQHandler             ; PVD through EXTI Line detect
                DCD     TAMPER_IRQHandler          ; Tamper
                DCD     RTC_IRQHandler             ; RTC
                DCD     FLASH_IRQHandler           ; Flash
                DCD     RCC_IRQHandler             ; RCC
                DCD     EXTI0_IRQHandler           ; EXTI Line 0
                DCD     EXTI1_IRQHandler           ; EXTI Line 1
                DCD     EXTI2_IRQHandler           ; EXTI Line 2
                DCD     EXTI3_IRQHandler           ; EXTI Line 3
                DCD     EXTI4_IRQHandler           ; EXTI Line 4
                DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler   ; DMA1 Channel 1
                DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler   ; DMA1 Channel 2
                DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler   ; DMA1 Channel 3
                DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler   ; DMA1 Channel 4
                DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler   ; DMA1 Channel 5
                DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler   ; DMA1 Channel 6
                DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler   ; DMA1 Channel 7
                DCD     ADC1_2_IRQHandler          ; ADC1 & ADC2
                DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
                DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
                DCD     CAN1_RX1_IRQHandler        ; CAN1 RX1
                DCD     CAN1_SCE_IRQHandler        ; CAN1 SCE
                DCD     EXTI9_5_IRQHandler         ; EXTI Line 9..5
                DCD     TIM1_BRK_IRQHandler        ; TIM1 Break
                DCD     TIM1_UP_IRQHandler         ; TIM1 Update
                DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
                DCD     TIM1_CC_IRQHandler         ; TIM1 Capture Compare
                DCD     TIM2_IRQHandler            ; TIM2
                DCD     TIM3_IRQHandler            ; TIM3
                DCD     TIM4_IRQHandler            ; TIM4
                DCD     I2C1_EV_IRQHandler         ; I2C1 Event
                DCD     I2C1_ER_IRQHandler         ; I2C1 Error
                DCD     I2C2_EV_IRQHandler         ; I2C2 Event
                DCD     I2C2_ER_IRQHandler         ; I2C2 Error
                DCD     SPI1_IRQHandler            ; SPI1
                DCD     SPI2_IRQHandler            ; SPI2
                DCD     USART1_IRQHandler          ; USART1
                DCD     USART2_IRQHandler          ; USART2
                DCD     USART3_IRQHandler          ; USART3
                DCD     EXTI15_10_IRQHandler       ; EXTI Line 15..10
                DCD     RTCAlarm_IRQHandler        ; RTC Alarm through EXTI Line
                DCD     USBWakeUp_IRQHandler       ; USB Wakeup from suspend
                DCD     TIM8_BRK_IRQHandler        ; TIM8 Break
                DCD     TIM8_UP_IRQHandler         ; TIM8 Update
                DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
                DCD     TIM8_CC_IRQHandler         ; TIM8 Capture Compare
                DCD     ADC3_IRQHandler            ; ADC3
                DCD     FSMC_IRQHandler            ; FSMC
                DCD     SDIO_IRQHandler            ; SDIO
                DCD     TIM5_IRQHandler            ; TIM5
                DCD     SPI3_IRQHandler            ; SPI3
                DCD     UART4_IRQHandler           ; UART4
                DCD     UART5_IRQHandler           ; UART5
                DCD     TIM6_IRQHandler            ; TIM6
                DCD     TIM7_IRQHandler            ; TIM7
                DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler   ; DMA2 Channel1
                DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler   ; DMA2 Channel2
                DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler   ; DMA2 Channel3
                DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End

__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors

                AREA    |.text|, CODE, READONLY
                
; Reset handler
Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  __main
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP
                
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)

NMI_Handler     PROC
                EXPORT  NMI_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP
HardFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  HardFault_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP
MemManage_Handler\
                PROC
                EXPORT  MemManage_Handler          [WEAK]
                B       .
                ENDP
BusFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  BusFault_Handler           [WEAK]
                B       .
                ENDP
UsageFault_Handler\
                PROC
                EXPORT  UsageFault_Handler         [WEAK]
                B       .
                ENDP
SVC_Handler     PROC
                EXPORT  SVC_Handler                [WEAK]
                B       .
                ENDP
DebugMon_Handler\
                PROC
                EXPORT  DebugMon_Handler           [WEAK]
                B       .
                ENDP
PendSV_Handler  PROC
                EXPORT  PendSV_Handler             [WEAK]
                B       .
                ENDP
SysTick_Handler PROC
                EXPORT  SysTick_Handler            [WEAK]
                B       .
                ENDP

Default_Handler PROC

                EXPORT  WWDG_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  PVD_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  TAMPER_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  RTC_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  FLASH_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  RCC_IRQHandler             [WEAK]
                EXPORT  EXTI0_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  EXTI1_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  EXTI2_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  EXTI3_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  EXTI4_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel1_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel2_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel3_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel4_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel5_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel6_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA1_Channel7_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  ADC1_2_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  [WEAK]
                EXPORT  USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler [WEAK]
                EXPORT  CAN1_RX1_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  CAN1_SCE_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  EXTI9_5_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM1_BRK_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  TIM1_UP_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM1_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
                EXPORT  TIM1_CC_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM2_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  TIM3_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  TIM4_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  I2C1_EV_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  I2C1_ER_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  I2C2_EV_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  I2C2_ER_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  SPI1_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  SPI2_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  USART1_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  USART2_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  USART3_IRQHandler          [WEAK]
                EXPORT  EXTI15_10_IRQHandler       [WEAK]
                EXPORT  RTCAlarm_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  USBWakeUp_IRQHandler       [WEAK]
                EXPORT  TIM8_BRK_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  TIM8_UP_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  TIM8_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
                EXPORT  TIM8_CC_IRQHandler         [WEAK]
                EXPORT  ADC3_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  FSMC_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  SDIO_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  TIM5_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  SPI3_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  UART4_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  UART5_IRQHandler           [WEAK]
                EXPORT  TIM6_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  TIM7_IRQHandler            [WEAK]
                EXPORT  DMA2_Channel1_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA2_Channel2_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA2_Channel3_IRQHandler   [WEAK]
                EXPORT  DMA2_Channel4_5_IRQHandler [WEAK]

WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMPER_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Channel1_IRQHandler
DMA1_Channel2_IRQHandler
DMA1_Channel3_IRQHandler
DMA1_Channel4_IRQHandler
DMA1_Channel5_IRQHandler
DMA1_Channel6_IRQHandler
DMA1_Channel7_IRQHandler
ADC1_2_IRQHandler
USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
TIM8_BRK_IRQHandler
TIM8_UP_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
ADC3_IRQHandler
FSMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Channel1_IRQHandler
DMA2_Channel2_IRQHandler
DMA2_Channel3_IRQHandler
DMA2_Channel4_5_IRQHandler
                B       .

                ENDP

                ALIGN

;*******************************************************************************
; User Stack and Heap initialization
;*******************************************************************************
                 IF      :DEF:__MICROLIB
                
                 EXPORT  __initial_sp
                 EXPORT  __heap_base
                 EXPORT  __heap_limit
                
                 ELSE
                
                 IMPORT  __use_two_region_memory
                 EXPORT  __user_initial_stackheap
                 
__user_initial_stackheap

                 LDR     R0, =  Heap_Mem
                 LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
                 LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
                 LDR     R3, = Stack_Mem
                 BX      LR

                 ALIGN

                 ENDIF

                 END

　　接下来把ARM和ST官方提供的寄存器定义等文件放到hyyos/Arch/stm32f10x/目录中，此时目录中内容如下：

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|-stm32f10x # STM32F10X系列相关的代码
        |-startup_stm32f10x_hd.s    # 启动文件
        |-core_cm3.h
        |-core_cmFunc.h
        |-core_cmInstr.h
        |-stm32f10x.h

　　接下本来应该是helloworld亮相了，我们计划把它输出到USART1上面，通过PC上的串口调试助手进行显示和交互。所以先要把USART1读写功能做出来，而USART1是挂在APB2上面的，所以要先配置一下对应的时钟。我们在hw目录下新增两个文件USART1.c和sys.c，分别用来放USART1相关和时钟初始化代码。然后依次编写实现以下功能的代码：

  1. 配置系统时钟。参考我的往期文章《STM32F1学习（一）时钟》
  2. USART1端口配置，中断配置。参考我的往期文章《STM32F1学习（三）USART》
  3. 编写USART1接收中断服务函数USART1_IRQHandler此函数名在启动文件中定义。这里我们使用了一个256字节大小的接收缓冲，由于只是用来跟PC通信，因此通信协议非常简单，把\r\n作为每次接收结束标志。
  4. 编写USART1发送函数int Usart1SendByte(int data)
  5. 重定向printf到USART1。printf调用了C库中的fputc()函数进行输出，因此我们只需要定义一下fputc()即可。在sys.c中定义int fputc (int c, File *fp)并在其中调用Usart1SendByte()函数实现串口输出

hw/sys.c文件如下：

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// 用于printf重定向
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    Usart1SendByte(ch);
    return ch;
}

hw/usart1.c文件如下：

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#define USART1_RCV_BUF_MAX  256
static unsigned usart1RcvLen;
char *usart1RcvBuf[USART1_RCV_BUF_MAX] = {0};

void Usart1Init(void)
{
    unsigned tmp;
    SETUP_BIT(RCC->APB2ENR, 14); // USART1时钟使能
    SETUP_BIT(RCC->APB2RSTR, 14); // USART1复位

    SET_BITS(GPIOA->CRH, 5, 4, 0x3); // PA9 50MHz速率
    SET_BITS(GPIOA->CRH, 7, 6, 0x2); // 推挽复用输出
    SET_BITS(GPIOA->CRH, 9, 8, 0);   // PA10 输入模式
    SET_BITS(GPIOA->CRH, 11, 10, 0x1); // 浮空输入

    // TXRX配置
    // 1. 通过在USART_CR1寄存器上置位UE位来激活USART
    SETUP_BIT(USART1->CR1, 13);

    // 2. 编程USART_CR1的M位来定义字长。
    CLR_BIT(USART1->CR1, 12); // 8个数据位

    // 3. 在USART_CR2中编程停止位的位数。
    SET_BITS(USART1->CR2, 13, 12, 0);   // 1个停止位

    // 4. 如果采用多缓冲器通信，配置USART_CR3中的DMA使能位(DMAT)。按多缓冲器通信中的描述配置DMA寄存器。
    //5. 利用USART_BRR寄存器选择要求的波特率。
    // Tx / Rx 波特率 ＝ FCK / (16 * USARTDIV)
    // 这里的fCK是给外设的时钟(PCLK1用于USART2、3、4、5，PCLK2用于USART1)
    // 假设BRR寄存器中DIV_Mantissa = 27，DIV_Fraction = 12 (USART_BRR=0x1BC),
    // Mantissa (USARTDIV) = 27,Fraction (USARTDIV) = 12/16 = 0.75,所以 USARTDIV = 27.75
    // 本例中PCLK2 = 72M，我们要得到115200的波特率，则USARTDIV = 72M / (16*115200) = 39.0625
    // 因此DIV_Mantissa = 39，DIV_Fraction = 1，BRR = 0x271
    USART1->BRR = 0x271; // 配置波特率115200
    // 6. 设置USART_CR1中的TE位，发送一个空闲帧作为第一次数据发送，即发送使能。
    SETUP_BIT(USART1->CR1, 3);
    // 6. 设置USART_CR1的RE位。激活接收器，使它开始寻找起始位，即接收使能。
    SETUP_BIT(USART1->CR1, 2);

    // 配置中断
    SETUP_BIT(USART1->CR1, 5);  // 接收中断
    // 以下NVIC相关的配置下一章节会详细讲解
    tmp = SCB->AIRCR;
    SET_BITS(tmp, 31, 16, 0x05FA);
    SET_BITS(tmp, 10, 8, 0x5); // 优先级分组类型：2:2
    SCB-->AIRCR=temp; //设置分组

    SET_BITS(NVIC->IP[37], 7, 6, 0); // 抢占优先级，最低
    SET_BITS(NVIC->IP[37], 5, 4, 0); // 响应优先级，最低
    NVIC->ISER[1] = (1 << 5);   // 中断使能
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
    while (GET_BIT(USART1->SR, 5)) {
        usart1RcvBuf[usart1RcvLen++] = (char)USART1->DR;
        if (usart1RcvLen == USART1_RCV_BUF_MAX) { // 接收缓存满
            usart1RcvLen = 0;
            memset(usart1RcvBuf, 0, sizeof(usart1RcvBuf));
        }
    }
}

int Usart1Send(const char *data, unsigned len)
{
    unsigned i = 0;
    while (i < len) {
        while (!GET_BIT(USART1->SR, 7)) ; // 等待上一个数据被转移到移位寄存器
        USART1->DR = data[i];
        i++;
    }
    while (!GET_BIT(USART1->SR, 6)) ; // 等待发送完成（从移位寄存器中发送出去了）

    return 0;
}

int Usart1SendByte(char data)
{
    while (!GET_BIT(USART1->SR, 7)) ; // 等待上一个数据被转移到移位寄存器
    USART1->DR = data[i];
    return 0;
}

　　至此，准备工作终于做完了，helloworld亮相！

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// main.c
int32_t main(void)
{
    Stm32_Clock_Init();
    Usart1Init();
    printf("Hello world!\r\n");

    return 0;
}