从冷上电到main()函数，Bootloader都做了什么？
目录
1、硬件初始化
2、引导模式与应用模式的抉择
3、启动代码
在嵌入式系统中，从设备上电到执行应用程序的main()函数，Bootloader扮演着至关重要的角色。作为系统启动的首个程序，Bootloader负责初始化硬件、设置运行环境，并最终将控制权移交至应用程序。
从冷上电到main()函数的执行，嵌入式系统的启动流程可分为以下几个阶段：
- 上电复位：微控制器在接收到电源或复位信号后，从预定义的复位向量地址开始执行代码。通常，这个地址位于Flash存储器的起始位置（如STM32的0x08000000）。
- 初始硬件设置：处理器执行存储在ROM或Flash中的代码，配置时钟系统、存储器控制器等关键硬件，确保系统稳定运行。
- Bootloader执行，Bootloader接管控制权，进一步初始化系统，可能包括：设置堆栈和堆。初始化外设。从外部存储器加载应用程序代码（若需要）。执行安全检查，如验证固件数字签名。跳转到应用程序的入口点。
- 应用程序启动：启动代码完成环境设置后，调用main()函数，应用程序开始执行。对于带操作系统的系统（如嵌入式Linux），Bootloader会加载并启动操作系统内核。
1、硬件初始化
上电后，微控制器首先执行硬件初始化。这通常包括：
- 时钟配置：设置系统时钟、PLL（锁相环）等，以确保处理器和外设以正确的频率运行。
- 存储器配置：初始化存储器控制器，启用RAM或外部存储器。
- 外设初始化：配置关键外设，如串口、GPIO等。
这些初始化通常在汇编语言中实现，以确保高效和精确。例如，在STM32中，系统时钟的初始化可能在SystemInit()函数中完成。
2、引导模式与应用模式的抉择
许多Bootloader支持两种模式：
- 引导模式：用于固件更新或调试，通常通过特定输入（如按键、GPIO状态或串口命令）触发。
- 应用模式：默认模式，直接运行应用程序。
Bootloader会在启动时短暂等待用户输入（如按下F2、Delete键或设置特定GPIO）。若无输入，则跳转到应用程序代码。例如，U-Boot（一种常见的嵌入式Bootloader）通过串口、USB或以太网检测用户输入。
3、启动代码
启动代码是Bootloader的核心部分，负责为应用程序准备运行环境。主要任务包括：
- 设置堆栈指针：为函数调用和局部变量分配堆栈空间。
- 初始化数据段：将初始化数据（.data段）从Flash复制到RAM。将未初始化数据（.bss段）清零。
- 调用main()函数：将控制权移交至应用程序。
在某些系统中，启动代码还会初始化C/C++运行时环境，如调用静态构造函数（C++）或设置标准库。
例如，STM32的启动代码通常在汇编文件中实现，如startup_stm32f4xx.s，位于STM32Cube固件包中（STM32CubeF4）。其主要功能包括：
- 定义向量表，包含初始堆栈指针和复位处理程序地址。
- 实现复位处理程序（Reset Handler），执行初始化任务并调用main()。
以下是一个简化的STM32启动代码示例（基于ARM Cortex-M）：
Reset_Handler:; 设置堆栈指针ldr r0, =_estackmov sp, r0; 复制.data段从Flash到RAMldr r1, =_sidataldr r2, =_sdataldr r3, =_edatab LoopCopyDataInitCopyDataInit:ldr r4, [r1], #4str r4, [r2], #4LoopCopyDataInit:cmp r2, r3bcc CopyDataInit; 清零.bss段ldr r2, =_sbssldr r3, =_ebssmov r4, #0b LoopFillZerobssFillZerobss:str r4, [r2], #4LoopFillZerobss:cmp r2, r3bcc FillZerobss; 调用main函数bl main; 如果main返回，进入无限循环b .代码说明：
- 堆栈指针初始化：将堆栈指针设置为RAM末尾（_estack）。
- 复制.data段：将初始化数据从Flash（_sidata）复制到RAM（_sdata到_edata）。
- 清零.bss段：将未初始化数据段（_sbss到_ebss）设置为零。
- 调用main()：跳转到应用程序的main()函数。
Bootloader是嵌入式系统启动过程中的核心组件，负责从冷上电到main()函数的顺利过渡。通过硬件初始化、模式选择和启动代码执行，Bootloader为应用程序提供了稳定的运行环境。尽管不同微控制器的实现细节各异（如STM32、ARM Cortex-M等），但其核心原则保持一致。理解Bootloader的工作原理有助于开发者设计更可靠的嵌入式系统，并为固件更新和调试提供支持。