无 CubeMX 的 STM32F103 裸机固件

STM32F103 极简裸机固件：从链接脚本到 LED 闪烁

复位后，Cortex-M3 从 0x08000000 加载栈指针，从向量表跳转到 Reset_Handler，执行启动代码。在无 HAL 的裸机项目中，这一过程完全透明：手动设置内存、配置 GPIO 和 TIM2 寄存器。本项目展示 STM32F103C8T6 的实际应用——通过硬件定时器实现 PC13 引脚 LED 以 1 秒间隔闪烁。

项目结构分层：inc/ 存放接口，src/ 存放实现，startup/ 存放初始化代码，myLinker.ld 定义内存映射。

链接脚本：将各段放置到 FLASH 和 RAM

链接脚本定义了 STM32F103C8T6 的内存区域并分配各段：

• FLASH (0x08000000, 64 KB)：.isr_vector、.text、.rodata
• RAM (0x20000000, 20 KB)：.data、.bss、栈

启动所需的关键符号：

_estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);

MEMORY {
    FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 0x00010000
    RAM   (rwx): ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x00005000
}

SECTIONS {
    .isr_vector : { KEEP(*(.isr_vector)) } > FLASH
    .text : { *(.text*) } > FLASH
    .rodata : { *(.rodata*) } > FLASH
    .data : {
        _sdata = .;
        *(.data*)
        _edata = .;
    } > RAM AT > FLASH
    _sidata = LOADADDR(.data);
    .bss : {
        _sbss = .;
        *(.bss*)
        _ebss = .;
    } > RAM
}

.data 段通过 _sidata → _sdata 到 _edata 的地址从 FLASH 复制到 RAM。.bss 段从 _sbss 到 _ebss 清零。_estack 设置初始栈指针。

启动代码：Reset_Handler 和向量表

启动代码在 main() 前运行：复制 .data、清零 .bss、调用 main()。向量表位于 .isr_vector 段：

#include <stdint.h>

extern uint32_t _estack;
extern uint32_t _sidata, _sdata, _edata, _sbss, _ebss;

int main(void);

void Reset_Handler(void);
void Default_Handler(void) {
    while (1);
}

void NMI_Handler(void)       __attribute__((weak, alias("Default_Handler")));
void HardFault_Handler(void) __attribute__((weak, alias("Default_Handler")));

__attribute__((used, section(".isr_vector")))
const void* vector_table[] = {
    &_estack,
    Reset_Handler,
    NMI_Handler,
    HardFault_Handler
};

void Reset_Handler(void) {
    uint32_t* src = &_sidata;
    uint32_t* dst = &_sdata;
    while (dst < &_edata) {
        *dst++ = *src++;
    }
    dst = &_sbss;
    while (dst < &_ebss) {
        *dst++ = 0;
    }
    main();
    while (1) {}
}

weak alias 将未实现的 ISR 路由到 Default_Handler。

寄存器访问：volatile 和直接寻址

裸机开发意味着直接按地址写入寄存器：

*(volatile uint32_t*)0x40021018 |= (1 << 4);  // RCC_APB2ENR, GPIOC

volatile 防止编译器优化：确保每次访问都生成代码。对于 TIM2，使用结构体：

typedef struct {
    volatile uint32_t CR1, CR2, SMCR, DIER, SR, EGR;
    volatile uint32_t CCMR1, CCMR2, CCER, CNT;
    volatile uint32_t PSC, ARR, RCR;
    volatile uint32_t CCR1, CCR2, CCR3, CCR4;
    volatile uint32_t BDTR, DCR, DMAR;
} TIM_TypeDef;

#define TIM2 ((TIM_TypeDef*)0x40000000)

访问方式：TIM2->PSC = 7999;。

外设初始化：GPIO 和 TIM2

GPIO

使能 GPIOC 时钟：RCC->APB2ENR |= (1 << 4);。将 PC13 配置为输出：

• GPIOC->CRH &= ~(0xF << 20);
• GPIOC->CRH |= (0x2 << 20); (2.0 MODE, 00 CNF)

LED 控制：GPIOC->ODR |= (1 << 13); 点亮，&= ~(1 << 13); 熄灭。

TIM2

配置为 1 Hz (72 MHz / 8000 / 9000 = 1 Hz)：

• RCC->APB1ENR |= (1 << 0); — 使能 TIM2 时钟
• TIM2->PSC = 7999; (预分频)
• TIM2->ARR = 8999; (自动重载)
• TIM2->CR1 |= (1 << 0); — 启动定时器

delayOneSecond()：等待 TIM2->CNT >= 9000，复位 CNT。

main() 流程

• GPIO_init()
• TIMERS_init()
• 无限循环：turnOnLED() → delayOneSecond() → turnOffLED() → delayOneSecond()

核心要点

• 链接符号 (_sdata, _edata 等) 是内存初始化的关键。
• volatile 对寄存器至关重要：否则编译器会缓存值。
• 向量表 必须置于 .isr_vector，作为 FLASH 开头。
• 寄存器结构体 比裸指针更简洁。
• 裸机开发 揭示真实流程：启动 → main → 外设。

— Editorial Team