cortex-m3的操作模式及特權(quán)級(jí)別

STM32是cortex-m3內(nèi)核芯片，擁有cortex-m3的特性，以下介紹了cortex-m3的特權(quán)級(jí)別。

1、先來說一下操作模式：

cortex-m3有兩種操作模式：筆者覺得也可以稱為代碼執(zhí)行模式，線程模式（thread mode）和異常模式（handler mode），用于表示處理器在執(zhí)行什么代碼。

thread mode：執(zhí)行非異常代碼，也就是用戶代碼。

handler mode：執(zhí)行異常代碼，如中斷服務(wù)程序。

2、再來說一下特權(quán)級(jí)別：

cortex-m3有兩種權(quán)利級(jí)別：特權(quán)級(jí)（Privilege）和用戶級(jí)（user）。這兩種模式主要用于阻止對(duì)硬件的異常訪問，比如存儲(chǔ)資源、關(guān)鍵寄存器等。

特權(quán)級(jí)別：能夠訪問硬件所有存儲(chǔ)資源，能夠執(zhí)行所有指令。

用戶級(jí)別：禁止使用MSR和MRS訪問特殊功能寄存器（APSR除外），不能使用CPS指令。對(duì)系統(tǒng)控制空間的訪問有限制，即，不能訪問system tick、NVIC、system control block（SCB）。

如何才能在這兩個(gè)級(jí)別切換呢？答案是修改寄存器CONTROL[0]。這個(gè)寄存器只能在特權(quán)級(jí)別下修改，用戶級(jí)別下是不能修改此寄存器的，要想從用戶級(jí)別轉(zhuǎn)到特權(quán)級(jí)別，只能進(jìn)入異常/中斷，然后在異常/中斷中修改寄存器，因?yàn)樵诋惓?中斷中總是特權(quán)級(jí)別。

在線程模式，可以是特權(quán)級(jí)，也可以是用戶級(jí)。handler模式總是特權(quán)級(jí)的。在復(fù)位后，處理器處于線程模式+特權(quán)級(jí)。

3、介紹一下系統(tǒng)控制空間（SCS）：

系統(tǒng)控制空間（system control space）：在地址空間的位置，如下圖所示，地址區(qū)間0xE000E000-0xE000F000，這部分區(qū)域包含：System control block、system tick、Nested Vectored Interrupt Controller（NVIC）、PMU等。這些寄存器是處理器能夠工作的根本，必須有相應(yīng)權(quán)限才能修改，即，特權(quán)級(jí)才能修改。

System control block（SCB）包含了系統(tǒng)相關(guān)的寄存器，如下：

4、總結(jié)：

特權(quán)級(jí)有特權(quán)，權(quán)利大，能訪問所有資源，用戶級(jí)權(quán)利小，不能所有資源。說實(shí)話這權(quán)利級(jí)別一般不做修改，即，保持默認(rèn)的特權(quán)級(jí)別。因?yàn)閏ortex-M3內(nèi)核是個(gè)低端內(nèi)核，很大一部分應(yīng)用都是無操作系統(tǒng)的裸機(jī)執(zhí)行程序，在沒有特殊安全要求的前提下沒必要切來切去的，比較麻煩。

5、題外話：

我們?cè)谑褂肧TM32跑實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)候經(jīng)常使用systick作為操作系統(tǒng)的心跳，很多人不知道這個(gè)systick和普通的定時(shí)器有什么區(qū)別，通過上面介紹這個(gè)systick相關(guān)寄存器位于系統(tǒng)控制空間（SCS），用戶級(jí)別不能訪問systick寄存器，防止用戶級(jí)別代碼誤操作，篡改systick寄存器威脅系統(tǒng)安全。