C程序是如何运行的
STM32F0xx 系列是ARM Cortex-M0架构，地址空间32位，也就是4G Bytes的访问范围。数据和代码使用同一编址，下图是地址空间的布局：
实际上单片机用到的资源很少，地址空间大部分都没有内容。我使用的STM32F072C8T6带有64kB的Flash ROM, 16kB的SRAM，起始分别是 0x08000000 和 0x20000000. (由于有硬件映射功能，在0x00000000也就是最低地址，还可以访问ROM或者RAM的内容). 单片机片上外设的寄存器，则分布在更高的地址空间。读写这些寄存器，在CPU看来和读写内存(RAM)操作是一样的。
所以，C语言访问设备寄存器，和访问内存中的一个变量一样。只要知道寄存器的地址，通过一个指针访问就可以实现读写。上一贴子我的程序中引用了 RCC, GPIOA, TIM6 这三个(结构)指针，它们的值(也就是地址)以及类型(代表访问的内容)定义在 stm32f0xx.h 这个头文件中。因为设备寄存器太多了哇，如果每一个都定义一个指针就太烦琐了，所以把按功能划分定义成组，每组用一个C语言的结构类型表示，写起来也更清晰。而寄存器里面的位描述也可以定义成一些宏，在读程序的时候就知道是什么意思了。如果有兴趣，可以把 stm32f0xx.h 文件和STM32F0的手册对照着阅读。
好，假设已经熟悉寄存器操作了，知道怎么配置寄存器实现想要的功能，那么就可以写C程序让STM32工作了。现在需要一个工具来将C程序翻译成机器代码——编译器，或者是叫做工具链(Tool chain)。Keil MDK-ARM 或者 IAR-EWARM 开发环境都带有各自的编译器，不过我更偏向于用开源的GCC-ARM. 在launchpad.net上可以下载到编译好的arm-gcc工具链zip包，将它解压缩，加到PATH里面就可以直接用了，很方便(很精简吧)。
OK，现在来编译上面那个mini.c文件，命令行： arm-none-eabi-gcc -c -Os -mcpu=cortex-m0 -mthumb mini.c gcc的参数 -c 是表示仅编译，-Os 是优化代码大小，-mcpu=cortex-m0 -mthumb 是指定指令集的，因为ARM有不同的版本。对了，include的头文件还没弄到呢。要编译通过需要把 stm32f0xx.h 这个文件找来。我的建议是下载ST提供的 "STM32F0x2 USB FS Device Library" 程序库，把里面需要的头文件等等扒出来。在 stm32f0xx.h 中还包含了另外几个头文件，一并弄出来放到工程目录下。
如果编译成功，将得到 mini.o 目标文件。可以用 arm-none-eabi-objdump -S mini.o 反汇编看看翻译成什么代码了。
E:\arm\test072\mini>arm-none-eabi-objdump -S mini.o
mini.o: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text.startup:
00000000 <main>:
0: 4b16 ldr r3, [pc, #88] ; (5c <main+0x5c>)
2: 2280 movs r2, #128 ; 0x80
4: 6959 ldr r1, [r3, #20]
6: 0292 lsls r2, r2, #10
8: 430a orrs r2, r1
a: b510 push {r4, lr}
c: 2180 movs r1, #128 ; 0x80
e: 615a str r2, [r3, #20]
10: 2290 movs r2, #144 ; 0x90
12: 0249 lsls r1, r1, #9
14: 05d2 lsls r2, r2, #23
16: 6011 str r1, [r2, #0]
18: 69da ldr r2, [r3, #28]
1a: 2110 movs r1, #16
1c: 430a orrs r2, r1
1e: 61da str r2, [r3, #28]
20: 4b0f ldr r3, [pc, #60] ; (60 <main+0x60>)
22: 4a10 ldr r2, [pc, #64] ; (64 <main+0x64>)
24: 851a strh r2, [r3, #40] ; 0x28
26: 2290 movs r2, #144 ; 0x90
28: 32ff adds r2, #255 ; 0xff
2a: 62da str r2, [r3, #44] ; 0x2c
2c: 2205 movs r2, #5
2e: 801a strh r2, [r3, #0]
30: 4a0d ldr r2, [pc, #52] ; (68 <main+0x68>)
32: 7812 ldrb r2, [r2, #0]
34: 8a1c ldrh r4, [r3, #16]
36: 2101 movs r1, #1
38: 4809 ldr r0, [pc, #36] ; (60 <main+0x60>)
3a: 420c tst r4, r1
3c: d0fa beq.n 34 <main+0x34>
3e: 8a04 ldrh r4, [r0, #16]
40: 438c bics r4, r1
42: 8204 strh r4, [r0, #16]
44: 2090 movs r0, #144 ; 0x90
46: 2480 movs r4, #128 ; 0x80
48: 05c0 lsls r0, r0, #23
4a: 408c lsls r4, r1
4c: 2a00 cmp r2, #0
4e: d102 bne.n 56 <main+0x56>
50: 6184 str r4, [r0, #24]
52: 1c0a adds r2, r1, #0
54: e7ee b.n 34 <main+0x34>
56: 8504 strh r4, [r0, #40] ; 0x28
58: 2200 movs r2, #0
5a: e7eb b.n 34 <main+0x34>
5c: 40021000 .word 0x40021000
60: 40001000 .word 0x40001000
64: 0000270f .word 0x0000270f
68: 00000000 .word 0x00000000
如上，其实里面就一个main函数。但是 main 的入口地址还没有确定，而且它还使用了一个static型的内存变量，地址也还没有确定。可以用 arm-none-eabi-nm mini.o 来查看模块里面的全局符号表:
E:\arm\test072\mini>arm-none-eabi-nm mini.o
00000000 b a.4686
00000000 T main
那么，怎么让程序放到ROM中合适的地址，并运行呢？如果熟悉C语言编程就知道还有一步——链接，才能确定符号的地址。但是，到目前为止我们还没有告诉GCC地址的布局，也就是RAM从哪里开始，代码放在哪里。因为ARM的器件很多，这并不是统一的，所以需要提供一些信息给链接程序。具体地，需要一个Linker Script, 可以从软件包中找到 STM32F072C8_FLASH.ld (或者用近似的来修改得到)
/*
*****************************************************************************
** File : stm32_flash.ld
*****************************************************************************
*/
/* Entry Point */
ENTRY(Reset_Handler)
/* Highest address of the user mode stack */
_estack = 0x20003FFF; /* end of RAM */
/* Generate a link error if heap and stack don't fit into RAM */
_Min_Heap_Size = 0x200; /* required amount of heap */
_Min_Stack_Size = 0x400; /* required amount of stack */
/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x8000000, LENGTH = 64K
RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 16K
}
/* Define output sections */
SECTIONS
{
/* The startup code goes first into FLASH */
.isr_vector :
{
. = ALIGN(4);
KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
. = ALIGN(4);
} >FLASH
/* The program code and other data goes into FLASH */
.text :
{
. = ALIGN(4);
}
这里面 -L 参数是添加标准库文件的搜索路径，虽然暂时并没有用到C标准库里面的东西，但是Linker Script里面引用了标准库文件。-o 指定输出的目标文件。这么就快要得到最终的机器码了，不过好象还缺少了什么…… arm-none-eabi-ld: warning: cannot find entry symbol Reset_Handler; defaulting to 08000000
linker给了一个警告：找不到入口地址 Reset_Handler 的值，设成了默认 0x08000000. 下面再用objdump -S反汇编看一下
E:\arm\test072\mini>arm-none-eabi-objdump -S mini.elf
mini.elf: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text:
08000000 <main>:
8000000: 4b16 ldr r3, [pc, #88] ; (800005c <main+0x5c>)
8000002: 2280 movs r2, #128 ; 0x80
8000004: 6959 ldr r1, [r3, #20]
8000006: 0292 lsls r2, r2, #10
8000008: 430a orrs r2, r1
800000a: b510 push {r4, lr}
800000c: 2180 movs r1, #128 ; 0x80
800000e: 615a str r2, [r3, #20]
现在 main() 被放到ROM最开始去了，这好象是对的？如果了解ARM Cortex-M0下就知道这样错了，因为最开始应该是中断向量表。我们还没有编写Linker Script中的 .isr_vectors 段的内容。而且，一上来初始化堆栈指针等工作都没有做就直接运行 main() 了也不合适吧？还缺少了初始化代码。
原来是这样，中断向量表在这里进行了描述，还有设置堆栈，初始化全局变量的代码，然后跳转到 main 执行。好了，这样就该差不多了。这个汇编程序是GNU AS的语法，可以用 arm-none-eabi-gcc 来直接汇编 arm-none-eabi-gcc -c startup_stm32f072.s
我这个是最简化的例子，使用最简化的软件工具，不过已经包含了基本的C语言框架。