一、摘要

        众所周知，代码会经过预处理、编译、汇编及链接四个阶段，最终被编译成可执行文件（二进制机器码）。根据启动方式的不同，决定了代码从哪块内存进行读取。一般而言，代码下载后都存储在Flash闪存中，即最终编译后的可执行文件是存储在Flash中，但flash中的代码是怎么被CPU读取并执行的呢？本文将从int a=0;a+=1;这两行代码如何在基于CM3内核的STM32F103处理器中运行来进行分析。

二、结果与分析

图2-1 代码执行流程

图2-2 系统结构图

       如图2-1和图2-2所示，当int a=0;a+=1;的二进制机器码烧录至 Flash 后，CPU 首先通过 I-Code 总线（基于 AHB 协议的 32 位指令总线）从Flash读取int a=0的指令。该总线直接连接 Cortex-M 内核与 Flash 指令接口，支持指令预取以提升效率。Flash 控制器通过 AHB 总线将机器码返回 CPU，解码（说简单一点，解码就是将二进制机器码翻译成需要干的事情）后识别出需初始化变量a，但此时初始值0仍存储在 Flash 的数据区中。

        为执行赋值操作，CPU 通过 D-Code 总线（专用于数据访问的 AHB 总线）获取初始值。D-Code 总线需经总线矩阵（总线矩阵指的是代码存储区既可以由指令指令总线(I‐Code)访问（当从此区取指时），也可以被数据总线（D‐Code）访问（当在此区访问数据时），需要在中间插入一个总线开关，称为“总线矩阵”；或者使用一个AHB总线复用器。），由于全局变量实际存储在 SRAM 中，在进入main()函数前的启动阶段，启动代码已将Flash内a的初值0拷贝至RAM 的指定地址，此过程由 D-Code 总线经总线矩阵完成写入，并返回操作确认，从而完成变量初始化。int a=0这行代码操作结束。

        随后，CPU 通过 I-Code 总线从 Flash 读取a+=1的指令（通常编译为 LDR、ADD、STR 指令序列）。执行时，首先通过 D-Code 总线向总线矩阵发起读请求，从 SRAM 中加载a的当前值0至 CPU 寄存器。数据抵达后，CPU 内部的 ALU 单元执行加法运算0+1=1，生成结果。最后，CPU 将计算结果1通过 D-Code 总线发送至总线矩阵，由矩阵路由至RAM 控制器，完成对变量a的更新。此时完成a+=1这行代码。

结论

        当int a=0;a+=1;的机器码存入 Flash 后，启动阶段由初始化代码通过 D-Code 总线经总线矩阵将a的初值0从 Flash 拷贝至 RAM；运行时阶段 CPU 首先通过 I-Code 总线读取a+=1 指令，随后经 D-Code 总线从 RAM 加载a=0至寄存器，ALU 执行加法运算得1，最终通过 D-Code 总线将结果写回 SRAM 更新变量值，整个过程由总线矩阵动态协调 I-Code 取指与 D-Code 数据访问的并发操作。

引用

        CM3权威指南.

        STM32中文参考手册_V10.