MCU复位和程序启动那些事

MCU通常会在工作之前，先经历复位和启动的一个过程，在用户使用过程中往往在这个阶段的工作不是那么的清楚，这里我们就这一话题进行一个讨论。

一.MCU的复位问题

图1 16bit MCU和dsPIC33复位源的种类

一般来说，16位MCU包括dsPIC33的复位源主要包含以上7种，他们都可以对器件产生复位的作用，但是细节有所不同。

图2 复位系统框图

从复位系统框图上看，BOR和POR二者是和VDD电源有关的两种，看门狗和外部复位引脚复位也是比较常见的复位类型。

图3 复位寄存器RCON

复位寄存器RCON包含了复位相关的状态，当发生复位时RCON这个寄存器就会更新，以便表征是哪一个复位源发生了复位。除此之外，这个寄存器也包含了WDT及低功耗的特性的状态信息，所以用户可以查看这个寄存器去判断复位原因。

图4 复位寄存器内容1

图5 复位寄存器的内容2

从图示注释中，我们可以看到用户在软件中可以对这些RCON寄存器位置位1，但是这不会导致器件复位。

二.复位和中断的关系

图6 默认中断的复位

在XC16编译器中，当用户没有提供相应中断源的中断服务程序时，会在中断向量位置放置一个软件复位中断指令SWR,这时如果有一个意外中断发生时，便触发了软件复位使得器件复位。

图7 默认中断软件复位指令说明

规格书中也有说明，任何未实施的或者未使用的中断向量位置都会放一个默认中断处理程序，它包含一条RESET指令。

三．复位和时钟的关系

当器件复位时，其时钟状态是什么？一般来说它是由芯片配置位决定的。

图8 配置位中的初始复位时钟选择

图9 时钟Clock Switch模式

当器件支持Clock Switch模式时，初始时钟由OSCCON寄存器中的COSC决定，切换后的时钟由NOSC决定。

图9 双速启动的模式

一般来说，从进入复位到执行第一条指令之间的时间，取决于所使用的振荡器，当使用Primary和Secondary振荡器时，由于需要和外部晶振同步，所以需要在RESET时等待时间较长才能稳定。如果使用内部振荡器的话，就非常快就可以稳定，基于配置位对时钟的选择，在复位时会等待一定的时间，最后在出复位状态前达到时钟稳定。

双速启动的含义就是说，采用FRC振荡器快速启动，然后当Primary振荡器达到稳定后再切换为它，这样可以避免等待外部晶振的同步时间。

四．复位和寄存器及变量状态的关系

图10 复位时的寄存器状态

外设的特殊功能寄存器SFR一般存在RAM中，在复位时可能会被改变，在规格书中会规定各个寄存器SFR在复位时的值。当这个值是u时，就是说它在复位时是不改变，x就是说它在复位时的值是不确定的。当然，有一些寄存器，在POR和BOR时会有不同的值，这个需要注意一下。

值得注意的各种复位源中，只有POR会改变data Memory的内容，而其它则不会改变。

五．程序启动代码的执行

一般来说，C编译器会在执行用户指令前，调用一段启动代码，这段启动代码会在结束复位时执行，这段启动代码的目的就是为运行用户C程序而做的系统准备。典型的启动代码由编译器去提供，他们将改变在复位后的memory内容。

另外，在执行启动代码时，XC16编译器会提供一些前导选项，比如Persistent，允许用户在执行启动代码时不改变某些变量。也有一些编译器会提供更直接的选项，比如在启动代码时，不初始化变量，所以，需要注意编译器的处理方式。

图11 程序执行过程

编译器会把启动代码放在0x200的flash地址位置，用户main程序会放在启动代码后，在系统复位时，程序PC会被芯片硬件强制为0，则程序从0x00开始执行，在0x00处会有一个GOTO指令让代码执行到0x200部分的启动代码，这样就可以跨过中断向量的地址范围。

图12 程序执行过程说明

图12中清楚的说明了代码的执行过程，main函数执行之前会有执行Start-up代码的过程。

六.其它复位源的讨论

图13 Trap冲突复位说明

当系统同时发生hardTrap和Soft Trap时，则会发生Trap冲突复位，HardTrap主要是优先级在Level13-15之间的地址错误Trap或者振荡器错误Trap等。

图14 Soft Trap的类别说明

诸如DMAC错误，或者数学错误，或者堆栈错误等之类的soft Trap发生时，由于他们的优先级会比Hard Trap更高，因此会触发Trap冲突复位。

图15 非法指令执行复位

当程序尝试去执行非法指令时，则会触发IOPUWR位标志位置位，表示尝试执行非法指令。

比如，用户在Flash中保存常数值，那么会仅仅用低16位的内容去保存数据，高8位设置为0x3F,这就是一个非法指令的示例，这样就可以避免程序去执行这个非法指令以避免去执行保存的数据区域的指令。

另外，W寄存器在复位时会清零，直到它再一次写进去数据，如果使用未进行初始化的W寄存器作为地址指针，则会触发IOPUWR位置位触发复位。

总结，本文对器件复位相关的源进行讨论，同时讨论和复位相关的方面，如寄存器状态，时钟状态，并对程序启动过程做一定介绍。