启动流程与链接脚本

本文性质声明：本机无开发板，全部内容未实测，为手册级框架。站内对照：build-object-files-sections-symbols（COFF/ELF 段与符号的本机实测）、linux-elf（ELF 装载的 Linux 侧对照）。

一、从上电到 main：硬件替你做的和你要做的

Cortex-M 上电后的硬件动作（芯片固定，不用写代码）：取初始 SP = *(uint32_t*)0x0、取初始 PC = *(uint32_t*)0x4、切到 Thread 模式 + MSP。所以启动代码的全部使命是：把向量表放对地方、把内存初始化好、调 main。启动文件（startup_xxx.s 或 C 版）的骨架：

Reset_Handler:
    bl  SystemInit        ; 1. 时钟/电源初始化（厂商库）
    ldr r0, =_sidata      ; 2. .data 的 Flash 源地址
    ldr r1, =_sdata       ;    RAM 目的地址
    ldr r2, =_edata
    bl  copy_loop         ;    逐字拷贝（站点： emb-startup 核心）
    ldr r0, =_sbss        ; 3. .bss 清零
    ldr r1, =_ebss
    movs r2, #0
    bl  zero_loop
    bl  main              ; 4. 进 main
    b   .                 ; 5. main 返回了？死循环（或重启）

五件事每件的坑：向量表地址（VTOR 寄存器，bootloader 跳转后要重设）；SystemInit 的时钟（外设时钟不开，后面全废）；拷贝和清零的边界符号（链接脚本定义，写错就是”全局变量初值不对”或”bss 不清零”的灵异 bug）；栈顶符号（向量表第一项 = _estack，通常是 SRAM 最高地址）；main 返回的处理（裸机 main 返回会回到启动代码，必须兜住）。

二、向量表：不只是中断

向量表（vector table）在 Flash 开头，布局固定：

[0]  初始 MSP
[1] Reset_Handler 地址
[2] NMI
[3] HardFault
[4..15] 其余内核异常（MemManage/BusFault/UsageFault/SVC/PendSV/SysTick）
[16..] 厂商外设中断（USART1_IRQHandler、EXTI0_IRQHandler……数量由芯片定）

三个实践点：

弱符号（weak）：启动文件把所有 handler 定义成 Default_Handler 的 weak 别名——用户只重写自己关心的那个（USART1_IRQHandler），没重写的自动落到死循环。忘了写 handler 的中断来了 = 进 Default_Handler 死循环，现象是”程序卡住不动”。
重定位：有 bootloader 时，应用的中断向量表在 Flash 别处，启动第一件事是 SCB->VTOR = 应用向量表地址——忘了这步，中断跳回 bootloader 的向量，直接跑飞（emb-bootloader 会回到这）。
表放对 section：链接脚本里 .isr_vector 必须是第一个（KEEP(*(.isr_vector))——没有 KEEP，链接器的 --gc-sections 会把它当未引用节删掉，现象是上电就跑飞）。

三、链接脚本：段布局的宪法

GNU ld 的脚本（.ld）决定”哪个输入节进哪个输出节、落在哪个地址”：

MEMORY
{
  FLASH (rx)  : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 512K
  RAM   (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 128K
}
SECTIONS
{
  .text : {
    KEEP(*(.isr_vector))        ; 向量表必须在最前
    *(.text*) *(.rodata*)
  } > FLASH
  _sidata = LOADADDR(.data);    ; 拷贝的源（Flash 里的位置）
  .data : { _sdata = .; *(.data*) _edata = .; } > RAM AT > FLASH
  .bss  : { _sbss = .; *(.bss*) *(COMMON) _ebss = .; } > RAM
  _estack = ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM);   ; 栈顶
}

四个必懂的概念：

> RAM AT > FLASH：.data 的运行地址在 RAM、装载地址在 Flash——启动代码从 _sidata（= LOADADDR）拷到 _sdata。忘了 AT> 就是最常见的”变量初值是错的”。
*(COMMON)：未初始化的全局变量在 COMMON 节，漏了它 BSS 清零就不全（本站 build-object 量过 -fno-common 与弱符号的关系，MCU 侧同样要显式包含）。
KEEP：防 --gc-sections 删掉没人”引用”但必需的节（向量表、某些寄存器区）。
_estack：向量表第一项从这取——RAM 大小配错（LENGTH）时栈会溢出到未映射区，现象是随机 hardfault。

四、.data 拷贝与 .bss 清零：自己写，别抄错

C 版启动代码（比汇编可读）：

extern uint32_t _sidata, _sdata, _edata, _sbss, _ebss;
void Reset_Handler(void) {
    uint32_t *src = &_sidata, *dst = &_sdata;
    while (dst < &_edata) *dst++ = *src++;      // .data: Flash → RAM
    for (dst = &_sbss; dst < &_ebss; ) *dst++ = 0;  // .bss: 清零
    main();
    for (;;) ;                                  // 兜底
}

三个常见错误：拷贝方向反了（Flash 不能写，表现为启动就 hardfault）；while 写成 do-while（BSS 为空时清零循环多清一个字——踩到栈顶）；用 memcpy 但它的运行依赖还没初始化（libc 的 memcpy 在极端启动场景可能自身需要 .data——用字循环最稳）。

C++ 的全局对象构造：M3/M4 上 __libc_init_array 调 _init 跑全局构造——链接时要确认它被调用，否则全局 C++ 对象的构造函数不执行（表现为”对象在但成员是垃圾”）。

五、排障索引

症状	入口
上电就跑飞/不进 main	向量表第一项不是 `_estack`；`VTOR` 错；栈顶符号算错
全局变量初值不对	`.data` 没拷（`AT>` 漏了）或 `_sidata` 取错
BSS 不清零	`*(COMMON)` 漏了；清零循环边界错
大数组让 Flash 超了	常量进 `.rodata` 查 `objdump -h`；考虑压缩/外部 Flash
加了 bootloader 后异常	`VTOR` 没重设到应用向量表（第二节第 3 点）
用 —gc-sections 后启动失败	向量表/启动节没 `KEEP`

六、未实测清单

本文所有启动行为——无开发板，未测。
具体芯片的向量表布局——以你的 Reference Manual 为准。
全局构造的时机——未测。
各 GCC 版本的启动代码模板差异——未对比（CubeMX/厂商 SDK 自带的可作基线）。