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ESP32-S3启动流程
本文将会介绍ESP32-S3从上电到运行app_main函数中间所经历的步骤（即启动流程）。从宏观上，该启动流程可分为如下3个步骤。
①：一级引导程序，它被固化在ESP32-S3内部的ROM中，它会从flash的0x00处地址加载二级引导程序至RAM中。
②：二级引导程序从flash中加载分区表和主程序镜像至内存中，主程序中包含了RAM段和通过flash高速缓存映射的只读段。
③：应用程序启动阶段运行，这时第二个CPU和freeRTOS的调度器启动，最后进入app_main函数执行用户代码。
下面作者根据IDF库相关的代码来讲解这三个引导流程，如下：
一、一级引导程序
该部分程序是直接存储在ESP32-S3内部ROM中，所以普通开发者无法直接查看，它主要是做一些前期的准备工作（复位向量代码），然后从flash 0x00偏移地址中读取二级引导程序文件头中的配置信息，并使用这些信息来加载剩余的二级引导程序。
二、二级引导程序
该程序是可以查看且可被修改，在搭建ESP-IDF环境完成后，可在esp-idf\components\bootloader/subproject/main/路径下找到bootloader_start.c文件，此文件就是二级引导程序启动处。首先我们克隆ESP-IDF库，克隆过程如下所示。
图4.6.1 克隆ESP-IDF库
克隆完成后，使用VSCode打开ESP-IDF库，接着找到bootloader_start.c，如下图所示。
图4.6.2 bootloader_start.c文件路径
在这个文件下，找到call_start_cpu0函数，此函数是bootloader程序，如下是bootloader程序的部分代码。
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/* ROM引导加载程序完成从闪存加载第二阶段引导加载程序之后到达这里 */void __attribute__((noreturn)) call_start_cpu0(void){ if (bootloader_before_init) { bootloader_before_init(); } /* 1. 硬件初始化:清楚bss段、开启cache、复位mmc等操作bootloader_support/src/esp32s3/bootloader_esp32s3.c */ if (bootloader_init() != ESP_OK) { bootloader_reset(); } if (bootloader_after_init) { bootloader_after_init(); } /* 2. 选择启动分区的数量：加载分区表，选择boot分区 */ bootloader_state_t bs = {0}; int boot_index = select_partition_number(&bs); if (boot_index == INVALID_INDEX){ bootloader_reset(); } /* 3. 加载应用程序映像并启动bootloader_support/src/esp32s3/bootloader_utility.c */ bootloader_utility_load_boot_image(&bs, boot_index);} |
ESP-IDF使用二级引导程序可以增加FLASH分区的灵活性（使用分区表），并且方便实现FLASH加密，安全引导和空中升级（OTA）等功能。主要的作用是从flash的0x8000处加载分区表（请看在线ESP32-IDF编程指南分区表章 节）。根据分区表运行应用程序。
三、三级引导程序
应用程序的入口是在esp-idf/components/esp_system/port/路径下的cpu_star.c文件，在此文件下找到call_start_cpu0函数（端口层初始化函数）。这个函数由二级引导加载程序执行，并且从不返回。因此你看不到是哪个函数调用了它，它是从汇编的最 底层直接调用的。
个函数会初始化基本的C运行环境（“CRT”），并对SOC的内部硬件进行了初始配置。执行call_start_cpu0函数完成之后，在components\esp_system\startup.c文件下调用start_cpu0(在110行中，弱关联start_cpu0_default函数)系统层初始化函数，如下start_cpu0_default函数的部分代码。
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static void start_cpu0_default(void){ ESP_EARLY_LOGI(TAG, "Pro cpu start user code"); /* 获取CPU时钟 */ int cpu_freq = esp_clk_cpu_freq(); ESP_EARLY_LOGI(TAG, "cpu freq: %d Hz", cpu_freq); /* 初始化核心组件和服务 */ do_core_init(); /* 执行构造函数 */ do_global_ctors(); /* 执行其他组件的init函数 */ do_secondary_init(); /* 开启APP程序 */ esp_startup_start_app(); while (1);} |
到了这里，就完成了二级程序引导，并调用esp_startup_start_app函数进入三级引导程序，该函数的源码如下：
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/* components/freertos/FreeRTOS-Kernel/portable/xtensa/port.c *//* 开启APP程序 */void esp_startup_start_app(void){ /* 省略部分代码 */ /* 新建main任务函数 */ esp_startup_start_app_common(); /* 开启FreeRTOS任务调度 */ vTaskStartScheduler();} /* components/freertos/FreeRTOS-Kernel/portable/port_common.c *//* 新建main任务函数 */void esp_startup_start_app_common(void){ /* 省略部分代码 */ /* 创建main任务 */ portBASE_TYPE res = xTaskCreatePinnedToCore(&main_task, "main", ESP_TASK_MAIN_STACK, NULL, ESP_TASK_MAIN_PRIO, NULL, ESP_TASK_MAIN_CORE); assert(res == pdTRUE); (void)res;} /* main任务函数 */static void main_task(void* args){ /* 省略部分代码 */ /* 执行app_main函数 */ app_main(); vTaskDelete(NULL);} |
从上述源码可知，首先在esp_startup_start_app_common函数调用FreeRTOS API创建main任务，然后开启freeRTOS任务调度器，最后在main任务下调用app_main函数（此函数在创建工程时，在main.c下定义的）。
同理，ESP32S3的MicroPython固件也是以这种方式启动的。此外，MicroPython的app_main函数是在ports/esp32/main.c文件中定义的。在该文件中，会进行UART、USB和特定库的初始化操作。
