（本系列从硬件 → 架构 → 中断 → 上下文 → OS → 车规 OS → 编译器 → 上电流程 → 全栈图 升级推进）

目录

10.1 MCU 上电到底发生了什么？

10.2 MCU 的启动顺序（抽象结构）

10.3 第一步：BootROM（MCU 厂商固化代码）

10.4 第二步：读取复位向量（Reset Vector）

10.5 第三步：执行 Startup（启动文件）

10.6 第四步：C 运行时初始化（crt0）

10.7 第五步：调用 main()

10.8 第六步：操作系统开始接管（RTOS 或 AUTOSAR OS）

10.9 第七步：中断向量与异常表的实际工作方式

10.10 从上电到 OS：完整流程图（抽象）

10.11 为什么理解启动流程至关重要？

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10.1 MCU 上电到底发生了什么？

当 MCU 上电的那一刻，用户的 C 代码、main()、RTOS、AUTOSAR OS 都还没有出现。
最先运行的永远是芯片内部固化的 BootROM。

BootROM 是 MCU 厂商写死在芯片里的“最底层初始化逻辑”，主要负责：

电源稳定检测  
时钟初始化  
安全检查（例如 ECC / Boot 校验）  
读取复位向量  
跳转到用户程序入口

上电流程高度架构化，跟操作系统完全无关。

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10.2 MCU 的启动顺序（抽象结构）

无论 Cortex‑M、RH850、TriCore，整体流程都类似：

上电
  ↓
BootROM（固化代码）
  ↓
设置栈指针（SP）
  ↓
读取复位向量（Reset Vector）
  ↓
跳转到 Startup（启动文件）
  ↓
C 运行时初始化（crt0）
  ↓
初始化 .data / .bss
  ↓
调用 main()
  ↓
如果是 OS 系统 → 启动 OS
  ↓
进入任务调度器

下面逐步拆开。

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10.3 第一步：BootROM（MCU 厂商固化代码）

BootROM 是芯片内部只读区域，由 MCU 厂商实现，用于：

• 早期硬件上电检查
• 时钟源设置
• 寄存器初始值配置
• 安全机制（ECC、Flash 校验）
• 选择 Boot 模式（Normal Boot / Flash Boot / Serial Boot）
• 跳转到用户程序的 Reset Handler

用户看不到 BootROM，也无法修改它。

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10.4 第二步：读取复位向量（Reset Vector）

当芯片完成 BootROM 的基本初始化后，会读取一个固定地址作为初始入口点。

举例（假设地址，不对应任何实际 MCU）：

0x0000_0000  → 初始栈指针（Initial SP）
0x0000_0004  → Reset_Handler 地址

CPU 做两件事：

SP ← *(0x0000_0000)
PC ← *(0x0000_0004)

程序计数器（PC）加载 Reset_Handler 后开始执行你的“启动文件”。

Cortex‑M、RH850、TriCore 均类似，只是向量表布局不同。

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10.5 第三步：执行 Startup（启动文件）

Startup 通常是 .s（汇编）文件，是整个系统的“真正入口”。

Startup 做的事情包括：

设置堆栈（SP）
初始化 FPU（若有）
中断向量表搬运（若需要）
调用 C 运行时初始化函数（__init / __crt0）

典型启动文件结构（抽象示例）：

Reset_Handler:
    ldr   sp, =_stack_top
    bl    SystemInit
    bl    __crt0_init
    b     main

Startup 是整个系统承上启下的关键位置。

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10.6 第四步：C 运行时初始化（crt0）

crt0 是由编译器工具链生成的初始化代码，包括：

• 初始化 .data 段
  • 把 Flash 中的初值复制到 RAM
• 清零 .bss 段
  • 全部未初始化的全局变量归零
• 设置 RAM 中的运行环境
• 调用构造函数（C++）
• 准备 main() 所需的语言环境

如果没有 crt0：

• 全局变量不会有默认值
• 静态变量不会清零
• main() 会在混乱的内存状态下运行

crt0 保证 main() 执行时的世界是可预期的。

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10.7 第五步：调用 main()

上述步骤完成后，系统终于运行到用户的 C 代码：

int main(void)
{
    // 用户逻辑
}

如果是裸机：

• 在 main() 内部通常是死循环或驱动初始化

如果是 RTOS：

• 通常在 main() 中创建任务、启动调度：

main()
{
    xTaskCreate(...);
    vTaskStartScheduler();  // RTOS 接管 CPU
}

如果是 AUTOSAR OS：

• main() 通常调用 StartOS(AppMode)，由 OS 接管控制

main()
{
    StartOS(OSDEFAULTAPPMODE);
}

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10.8 第六步：操作系统开始接管（RTOS 或 AUTOSAR OS）

在 OS 接管后：

• SysTick 或 OSTM 启动节拍
• 中断向量表配置完毕
• 上下文切换机制启动
• 第一个任务进入 Running 状态

这时，系统已经从“引导流程”进入“操作系统运行期”。

FreeRTOS：

vTaskStartScheduler()
   ↓
创建 Idle Task / Timer Task
   ↓
启动 SysTick
   ↓
调度第一个任务

AUTOSAR OS：

StartOS()
   ↓
OS 初始化 + Counter 初始化
   ↓
ScheduleTable / Alarm 启动
   ↓
Ready 最高优先级任务运行

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10.9 第七步：中断向量与异常表的实际工作方式

中断向量表的核心作用：

• 提供所有异常/中断入口地址
• 供 CPU 在异常发生时跳转
• OS 在启动时必须重定向/初始化向量表
• 每个中断最终进入 ISR（ISR1 或 ISR2）

向量表示例（假设地址）：

0x0000_0000: 初始 SP
0x0000_0004: Reset_Handler
0x0000_0008: NMI_Handler
0x0000_000C: HardFault_Handler
...
0x0000_0050: UART0_RX_Handler
0x0000_0054: TIMER0_Handler

OS（尤其是 AUTOSAR OS）会在中断入口加入：

保存上下文（或由硬件保存）
调用 OS 中断服务子系统
触发事件或任务激活
调度器判断是否切换任务

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10.10 从上电到 OS：完整流程图（抽象）

上电
 ↓
BootROM（内部固化代码）
 ↓
加载向量表（SP & Reset_Handler）
 ↓
进入 Startup.s（启动文件）
 ↓
C 运行时初始化（crt0）
    - 初始化 .data
    - 清零 .bss
 ↓
main()
 ↓
StartOS() 或 vTaskStartScheduler()
 ↓
启动调度器（SysTick/TAUJ/OSTM）
 ↓
进入任务调度 → 运行应用

这就是 MCU 世界完整的引导流程。

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10.11 为什么理解启动流程至关重要？

因为它关系到你之后的所有内容：

• 为什么 main() 之前必须跑 crt0？
• interrupt vector table 为什么要放在固定地址？
• 操作系统为什么要接管中断？
• RTOS 如何开始第一次任务切换？
• AUTOSAR OS 为什么要在 StartOS() 内做初始化？
• 链接脚本为什么必须精确分布 MEMORY？
• 为什么 .data 要搬到 RAM？

启动流程串起：

硬件 → BootROM → 启动文件 → C init → OS → 应用

是整个系统的生命线。