詳細(xì)剖析Cortex-M3處理器

工作模式

線程模式（Thread mode）：處理器復(fù)位或異常退出時為此模式。此模式下的代碼可以是特權(quán)代碼也可以是用戶代碼，通過CONTROL[0]控制。

處理模式（Handler mode）：出現(xiàn)異常（包括中斷）時進(jìn)入此模式，此模式下所有代碼為特權(quán)訪問。

代碼權(quán)限

特權(quán)訪問：對處理器資源擁有完全訪問限權(quán)；處理器復(fù)位后進(jìn)入此訪問模式；清零 CONTROL[0]進(jìn)入用戶模式。

用戶訪問：禁止訪問多數(shù)系統(tǒng)寄存器。只能通過進(jìn)入異常（中斷）來返回特權(quán)模式。進(jìn)入異常前是用戶級訪問，則退出異常時自動回到用戶及，除非在異常中修改CONTROL[0]位。

工作狀態(tài)

Thumb狀態(tài)（正常執(zhí)行指令狀態(tài)）和調(diào)試狀態(tài)。

寄存器

r0-r12：通用寄存器，其中r8-r12只能被32位指令訪問。

r13（SP）：堆棧指針；線程模式時可以在線程堆棧和主堆棧之間切換，但處理模式只使用主堆棧。兩個堆棧同一時刻只有一個可見，進(jìn)入、退出異常時自動切換堆棧。

r14（LR）：鏈接寄存器，保存子程序或異常的返回地址（要實現(xiàn)嵌套，必須入棧）。

r15（PC）：程序計數(shù)器。

xPSR：特殊用途的程序狀態(tài)寄存器。

異常

進(jìn)入異常步驟：

1.處理器在當(dāng)前堆棧上把xPSR、PC、LR、r12、r3~r0八個寄存器自動依次入棧。

2.讀取向量表（如果是復(fù)位中斷，更新SP值）。

3.根據(jù)向量表更新PC值。

4.加載新PC處的指令（2、3、4步與1步同時進(jìn)行）。

5.更新LR為EXC_RETURN（EXC_RETURN表示退出異常后返回的模式及使用的堆棧）。

退出異常步驟

1.根據(jù)EXC_RETURN指示的堆棧，彈出進(jìn)入中斷時被壓棧的8個寄存器。

2.從剛出棧的IPSR寄存器[8:0]位檢測恢復(fù)到那個異常(此時為嵌套中斷中)，若為0則恢復(fù)到線程模式。

3.根據(jù)EXC_RETURN,選擇使用相應(yīng)SP。

末尾連鎖（Tail-chaining）：當(dāng)前正在執(zhí)行中斷，又有一個中斷到來且這個中斷優(yōu)先級比正在執(zhí)行的中斷優(yōu)先級低（如果有其他被壓棧的低優(yōu)先級中斷則要比這些中斷優(yōu)先級高），這個中斷暫時被掛起，等到當(dāng)前中斷執(zhí)行完后不再執(zhí)行堆棧操作，而直接進(jìn)入掛起的中斷。

遲來：前一個中斷還沒有進(jìn)入執(zhí)行階段（但處理器狀態(tài)已經(jīng)保存），后面來了一個高優(yōu)先級中，則前一個中斷被搶占，后來的高優(yōu)先級中斷不需要再保存寄存器狀態(tài)。

中斷

Cortex-M3中有兩個優(yōu)先級的概念——搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級，有人把響應(yīng)優(yōu)先級稱作'亞優(yōu)先級'或'副優(yōu)先級'，每個中斷源都需要被指定這兩種優(yōu)先級。

具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，即中斷嵌套，或者說高搶占式優(yōu)先級的中斷可以嵌套低搶占式優(yōu)先級的中斷。

當(dāng)兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關(guān)系，當(dāng)一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達(dá)，則中斷控制器根據(jù)他們的響應(yīng)優(yōu)先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級都相等，則根據(jù)他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。