预备知识

M3内核基本结构

• Cortex-M3内核是32位的
• M3F103内核采用Thumb-2指令集
• 支持16/32位指令混合编码
• 内核模式分为handler（管理者）和thread（线程）模式。handler运行在特权级下，thread可运行在特权级下和用户级下
• 操作权限分两个等级:特权级和用户级，处理器复位后自动进入thread模式下的特权级，这时候程序具有全部权限，处理器配置完毕后自动进入thread的用户级，放弃对重要处理器的配置权限。当进入中断时，自动切换到handler级。通过control寄存器的第0位可以切换特权级
• 内核有18个寄存器，R0-R12、R13为SP寄存器、R14为LR寄存器、R15为PC寄存器、XPSR寄存器

R0-R12作为通用寄存器，这些通用寄存器用来存放临时数据，R0-R3在程序调用时可以用来传递函数参数和返回值，R12在某些情况下可以用来 保存子程序的中间值

SP是栈寄存器，用来指示当前栈的位置。在M3中有两个SP寄存器分别为MSP和PSP。MSP为缺省的栈指针，handler模式只能用MSP，thread模式可以使用MSP和PSP。注意任何时刻只有一个SP起作用，可简单的只使用MSP。

LR是链接寄存器，用来保存跳转后返回的地址。当发生函数调用时，LR寄存器中保存着函数返回后需要执行的指令地址。LR对普通函数调用时存储调用函数后的返回地址，但在中断发生时发生了变化。
当中断发生时，硬件自动存储R0-R3，R12，LR，PC，XPSR这8个寄存器，中断返回时自动恢复这8个寄存器。中断发生时将这8个寄存器压入PSP/MSP栈，进入中断服务程序后，硬件会自动将一个特殊的值EXC_RETURN而不是返回地址存入LR中，EXC_RETURN只有三个值，0xFFFFFFF1表示中断服务程序返回handler模式且使用MSP，0xFFFFFFF9表示中断服务函数返回thread模式且使用MSP，0XFFFFFFFD表示中断服务函数返回thread模式且使用PSP。
中断时由于LR不保存返回地址，所以根据栈中的PC值（下条指令地址）来寻找入口。
可以理解为M3内核机制进行了一个二级跳，先将8个寄存器数值压入栈中，再将代表中断返回所使用的工作模式以及栈寄存器的EXC_RETURN值存入LR中，中断退出时跳转到EXC_RETURN值，并从栈中取出8个寄存器值，这样就不仅找到了返回地址，又可以找到中断前的工作状态和栈指针。

PC寄存器存储的是当前所执行指令所在的地址。处理器通过PC寄存器找到其需要执行的指令，更改PC寄存器就会发生指令跳转。

XPSR--状态寄存器，这个状态寄存器由多个寄存器复合而成。APSR存放着程序的状态，IPSR存放着中断号，EPSR存放着执行程序的状态。

STM32F103处理器运行的程序完全由这18个寄存器控制，操作系统通过备份、还原更改寄存器来控制程序执行流程，实现任务切换。

Thumb-2指令集

• 指令数：16条 指令空间：40byte 指令特点：16/32混合
• 数据计算指令：add、adr、sub
• 数据搬移指令：mov、ldr、ldm、stm、push、pop
• 状态寄存器操作指令：mrs、msr
• 逻辑计算指令：and
• 跳转指令：bx、xbz
• 软中断指令：svc

一个例子

testfunc1
    PUSH {R4-R5}
    LDR R0, =1
    LDR R1, =2
    LDR R2, =3
    LDR R3, =4
    LDR R4, =5
    LDR R5, =6
    PUSH{R4-R5,R14}
    BL testfunc2
    ADD R0,#7
    ADD SP,#8
    POP{R14}
    POP{R4-R5}
    BX R14
char testfunc2(char p1,char p2,char p3,char p4,char p5,char p6)
{
    return p1 + p2 + p3 + p4 + p5 +p6;
}

该函数依次进行了，将R4,5压栈（0-3不压），R14（LR）压栈，计算testfunc2，恢复现场的操作。

函数间调用标准

该内核使用汇编语言编写寄存器相关代码，用c编写功能型代码
Arm内核上的规则是AAPCS

• 父函数与子函数间的入口参数通过R0-R3传递
• 子函数通过R0将函数值传递给父函数
• AAPCS规定，发生函数调用钱由父函数备份R0-R3寄存器中有用的数据
• R4-R11为普通的通用寄存器
• R13寄存器是SP，用来保存当前指针
• R14是连接寄存器，用来保存函数的返回地址
• R15是程序寄存器PC，正在执行的指令所在的地址存储在PC中
• XPSP寄存器是状态寄存器，某些指令会影响状态寄存器，用作判断