單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來(lái)前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來(lái)說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復(fù)雜工控場(chǎng)景設(shè)計(jì)。它擁有66個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、5個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN、1個(gè)USB2.0以及1個(gè)SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對(duì)工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無(wú)論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對(duì)復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

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第八章 啟動(dòng)文件詳解

本章參考資料《W55MH32參考手冊(cè)》第八章-中斷和事件,MDK中的幫助手冊(cè)—ARM Development Tools：用來(lái)查詢ARM的匯編指令和編譯器相關(guān)的指令。

1 啟動(dòng)文件簡(jiǎn)介

啟動(dòng)文件由匯編編寫，是系統(tǒng)上電復(fù)位后第一個(gè)執(zhí)行的程序。主要做了以下工作：

初始化堆棧指針SP=_initial_sp

初始化PC指針=Reset_Handler

初始化中斷向量表

配置系統(tǒng)時(shí)鐘

調(diào)用C庫(kù)函數(shù)_main初始化用戶堆棧，從而最終調(diào)用main函數(shù)去到C的世界

2 查找ARM匯編指令

在講解啟動(dòng)代碼的時(shí)候，會(huì)涉及到ARM的匯編指令和Cortex內(nèi)核的指令，有關(guān)Cortex內(nèi)核的指令我們可以參考《CM3權(quán)威指南CnR2》第四章：指令集。 剩下的ARM的匯編指令我們可以在MDK->Help->Uvision Help中搜索到，以EQU為例，檢索如下：

檢索出來(lái)的結(jié)果會(huì)有很多，我們只需要看Assembler User Guide 這部分即可。下面列出了啟動(dòng)文件中使用到的ARM匯編指令， 該列表的指令全部從ARM Development Tools這個(gè)幫助文檔里面檢索而來(lái)。其中編譯器相關(guān)的指令WEAK和ALIGN為了方便也放在同一個(gè)表格了。

3 啟動(dòng)文件代碼講解

3.1 Stack—棧

Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

開辟棧的大小為0X00000400（1KB），名字為STACK，NOINIT即不初始化，可讀可寫，8（2^3）字節(jié)對(duì)齊。棧的作用是用于局部變量，函數(shù)調(diào)用，函數(shù)形參等的開銷，棧的大小不能超過內(nèi)部SRAM的大小。

如果編寫的程序比較大， 定義的局部變量很多，那么就需要修改棧的大小。如果某一天，你寫的程序出現(xiàn)了莫名奇怪的錯(cuò)誤，并進(jìn)入了硬fault的時(shí)候，這時(shí)你就要考慮下是不是棧不夠大，溢出了。

EQU：宏定義的偽指令，相當(dāng)于等于，類似于C中的define。

AREA：告訴匯編器匯編一個(gè)新的代碼段或者數(shù)據(jù)段。STACK表示段名，這個(gè)可以任意命名；NOINIT表示不初始化； READWRITE表示可讀可寫，ALIGN=3，表示按照2^3對(duì)齊，即8字節(jié)對(duì)齊。

SPACE：用于分配一定大小的內(nèi)存空間，單位為字節(jié)。這里指定大小等于Stack_Size。

標(biāo)號(hào)__initial_sp緊挨著SPACE語(yǔ)句放置，表示棧的結(jié)束地址，即棧頂?shù)刂罚瑮Ｊ怯筛呦虻蜕L(zhǎng)的。

3.2 Heap堆

Heap_Size     EQU     0x00000200

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

開辟堆的大小為0X00000200（512字節(jié)），名字為HEAP，NOINIT即不初始化，可讀可寫，8（2^3）字節(jié)對(duì)齊。__heap_base表示堆的起始地址， __heap_limit表示堆的結(jié)束地址。堆是由低向高生長(zhǎng)的，跟棧的生長(zhǎng)方向相反。

堆主要用來(lái)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的分配，像malloc()函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存就在堆上面。這個(gè)在W5MH32里面用的比較少。

PRESERVE8
THUMB

PRESERVE8：指定當(dāng)前文件的堆棧按照8字節(jié)對(duì)齊。

THUMB：表示后面指令兼容THUMB指令。THUBM是ARM以前的指令集，16bit，現(xiàn)在Cortex-M系列的都使用THUMB-2指令集， THUMB-2是32位的，兼容16位和32位的指令，是THUMB的超集。

3.3 向量表

AREA    RESET, DATA, READONLY
EXPORT  __Vectors
EXPORT  __Vectors_End
EXPORT  __Vectors_Size

定義一個(gè)數(shù)據(jù)段，名字為RESET，可讀。 并聲明 __Vectors、__Vectors_End和__Vectors_Size這三個(gè)標(biāo)號(hào)具有全局屬性，可供外部的文件調(diào)用。

EXPORT：聲明一個(gè)標(biāo)號(hào)可被外部的文件使用，使標(biāo)號(hào)具有全局屬性。如果是IAR編譯器，則使用的是GLOBAL這個(gè)指令。

當(dāng)內(nèi)核響應(yīng)了一個(gè)發(fā)生的異常后，對(duì)應(yīng)的異常服務(wù)例程(ESR)就會(huì)執(zhí)行。為了決定 ESR 的入口地址， 內(nèi)核使用了“向量表查表機(jī)制”。 這里使用一張向量表。向量表其實(shí)是一個(gè) WORD（ 32 位整數(shù)）數(shù)組，每個(gè)下標(biāo)對(duì)應(yīng)一種異常，該下標(biāo)元素的值則是該 ESR的入口地址。 向量表在地址空間中的位置是可以設(shè)置的，通過 NVIC 中的一個(gè)重定位寄存器來(lái)指出向量表的地址。在復(fù)位后，該寄存器的值為 0。因此， 在地址 0 （即FLASH 地址0）處必須包含一張向量表，用于初始時(shí)的異常分配。要注意的是這里有個(gè)另類： 0 號(hào)類型并不是什么入口地址， 而是給出了復(fù)位后 MSP 的初值。

代碼 15?1 向量表

__Vectors  DCD   __initial_sp        ;棧頂?shù)刂?        DCD   Reset_Handler       ;復(fù)位程序地址
        DCD   NMI_Handler
        DCD   HardFault_Handler
        DCD   MemManage_Handler
        DCD   BusFault_Handler
        DCD   UsageFault_Handler
        DCD   0                    ; 0 表示保留
        DCD   0
        DCD   0
        DCD   0
        DCD   SVC_Handler
        DCD   DebugMon_Handler
        DCD   0
        DCD   PendSV_Handler
        DCD   SysTick_Handler


;外部中斷開始
        DCD   WWDG_IRQHandler
        DCD   PVD_IRQHandler
        DCD   TAMPER_IRQHandler

;限于篇幅，中間代碼省略
        DCD   DMA2_Channel2_IRQHandler
        DCD   DMA2_Channel3_IRQHandler
        DCD   DMA2_Channel4_5_IRQHandler
__Vectors_End
__Vectors_Size EQU __Vectors_End - __Vectors

__Vectors為向量表起始地址，__Vectors_End 為向量表結(jié)束地址，兩個(gè)相減即可算出向量表大小。

向量表從FLASH的0地址開始放置，以4個(gè)字節(jié)為一個(gè)單位，地址0存放的是棧頂?shù)刂罚?X04存放的是復(fù)位程序的地址，以此類推。 從代碼上看，向量表中存放的都是中斷服務(wù)函數(shù)的函數(shù)名，可我們知道C語(yǔ)言中的函數(shù)名就是一個(gè)地址。

DCD：分配一個(gè)或者多個(gè)以字為單位的內(nèi)存，以四字節(jié)對(duì)齊，并要求初始化這些內(nèi)存。在向量表中，DCD分配了一堆內(nèi)存，并且以ESR的入口地址初始化它們。

3.4 復(fù)位程序

AREA |.text|, CODE, READONLY

定義一個(gè)名稱為.text的代碼段，可讀。

Reset_Handler PROC
            EXPORT  Reset_Handler    [WEAK]
            IMPORT  SystemInit
            IMPORT  __main

            LDR     R0, =SystemInit
            BLX     R0
            LDR     R0, =__main
            BX      R0
            ENDP

復(fù)位子程序是系統(tǒng)上電后第一個(gè)執(zhí)行的程序，調(diào)用SystemInit函數(shù)初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，然后調(diào)用C庫(kù)函數(shù)_mian，最終調(diào)用main函數(shù)去到C的世界。

WEAK：表示弱定義，如果外部文件優(yōu)先定義了該標(biāo)號(hào)則首先引用該標(biāo)號(hào)，如果外部文件沒有聲明也不會(huì)出錯(cuò)。 這里表示復(fù)位子程序可以由用戶在其他文件重新實(shí)現(xiàn)，這里并不是唯一的。

IMPORT：表示該標(biāo)號(hào)來(lái)自外部文件，跟C語(yǔ)言中的EXTERN關(guān)鍵字類似。這里表示SystemInit和__main這兩個(gè)函數(shù)均來(lái)自外部的文件。

SystemInit()是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，在system_W5MH32f10x.c這個(gè)庫(kù)文件總定義。主要作用是配置系統(tǒng)時(shí)鐘，這里調(diào)用這個(gè)函數(shù)之后，單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘配被配置為72M。__main是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的C庫(kù)函數(shù)，主要作用是初始化用戶堆棧，并在函數(shù)的最后調(diào)用main函數(shù)去到C的世界。這就是為什么我們寫的程序都有一個(gè)main函數(shù)的原因。

LDR、BLX、BX是CM4內(nèi)核的指令，可在《CM3權(quán)威指南CnR2》第四章-指令集里面查詢到，具體作用見下表：

3.5 中斷服務(wù)程序

在啟動(dòng)文件里面已經(jīng)幫我們寫好所有中斷的中斷服務(wù)函數(shù)，跟我們平時(shí)寫的中斷服務(wù)函數(shù)不一樣的就是這些函數(shù)都是空的， 真正的中斷復(fù)服務(wù)程序需要我們?cè)谕獠康腃文件里面重新實(shí)現(xiàn)，這里只是提前占了一個(gè)位置而已。

如果我們?cè)谑褂媚硞€(gè)外設(shè)的時(shí)候，開啟了某個(gè)中斷，但是又忘記編寫配套的中斷服務(wù)程序或者函數(shù)名寫錯(cuò)，那當(dāng)中斷來(lái)臨的時(shí)， 程序就會(huì)跳轉(zhuǎn)到啟動(dòng)文件預(yù)先寫好的空的中斷服務(wù)程序中，并且在這個(gè)空函數(shù)中無(wú)限循環(huán)，即程序就死在這里。

NMI_Handler     PROC    ;系統(tǒng)異常
                EXPORT  NMI_Handler           [WEAK]
                B       .
                ENDP

;限于篇幅，中間代碼省略
SysTick_Handler PROC
                EXPORT  SysTick_Handler       [WEAK]
                B       .
                ENDP

Default_Handler PROC    ;外部中斷
                EXPORT  WWDG_IRQHandler       [WEAK]
                EXPORT  PVD_IRQHandler        [WEAK]
                EXPORT  TAMP_STAMP_IRQHandler [WEAK]

;限于篇幅，中間代碼省略
LTDC_IRQHandler
LTDC_ER_IRQHandler
DMA2D_IRQHandler
                B       .
                ENDP

B：跳轉(zhuǎn)到一個(gè)標(biāo)號(hào)。這里跳轉(zhuǎn)到一個(gè)‘.’，即表示無(wú)限循環(huán)。

3.6 用戶堆棧初始化

ALIGN：對(duì)指令或者數(shù)據(jù)存放的地址進(jìn)行對(duì)齊，后面會(huì)跟一個(gè)立即數(shù)。缺省表示4字節(jié)對(duì)齊。

;用戶棧和堆初始化,由C庫(kù)函數(shù)_main來(lái)完成
IF      :DEF:__MICROLIB  ;這個(gè)宏在KEIL里面開啟

EXPORT  __initial_sp
EXPORT  __heap_base
EXPORT  __heap_limit

ELSE

IMPORT  __use_two_region_memory ; 這個(gè)函數(shù)由用戶自己實(shí)現(xiàn)
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

首先判斷是否定義了__MICROLIB ，如果定義了這個(gè)宏則賦予標(biāo)號(hào)__initial_sp（棧頂?shù)刂罚?__heap_base（堆起始地址）、__heap_limit（堆結(jié)束地址）全局屬性，可供外部文件調(diào)用。 有關(guān)這個(gè)宏我們?cè)贙EIL里面配置，具體見圖 使用微庫(kù) 。然后堆棧的初始化就由C庫(kù)函數(shù)_main來(lái)完成。

如果沒有定義__MICROLIB，則才用雙段存儲(chǔ)器模式，且聲明標(biāo)號(hào)__user_initial_stackheap具有全局屬性，讓用戶自己來(lái)初始化堆棧。

IF,ELSE,ENDIF：匯編的條件分支語(yǔ)句，跟C語(yǔ)言的if ,else類似

END：文件結(jié)束

WIZnet 是一家無(wú)晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998 年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU? 面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國(guó)、美國(guó)設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營(yíng)銷。

香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國(guó)和日本除外）。

審核編輯 黃宇