【嵌入式系统】工作模式与任务特权级

【嵌入式系统】工作模式与任务特权级

1、工作模式

中断模式：调用中断服务程序(ISR, Interrupt Service Routine)时处于中断模式
线程模式：除了中断服务程序以外的程序都处于线程模式

Mode\Level	Privileged(特权级)	Unprivileged(用户级)
Handler Mode(中断模式)	特权级中断模式	非法
Thread Mode(线程模式)	特权级线程模式	用户级线程模式

表1 三种工作模态

2、任务特权级

特权级：此任务等级下，用户可以对系统控制寄存器进行访问和配置
用户级：此任务等级下，用户不允许对系统控制寄存器进行访问和配置(一旦访问将导致硬件异常)。起保护用户任务的作用，防止用户在任意任务中访问和修改系统寄存器，操作不当从而造成系统崩溃

英文	中文释义
MPU(Memory Protect Unit)	内存保护单元
NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)	嵌套向量中断控制器
SCB(System Control Block)	系统控制块
STK(SysTick Timer)	系统定时器
Special Registers	特殊功能寄存器，如中断控制器

表2 用户级禁止访问配置的系统寄存器

注1

用户级线程模式下可通过MSR访问xPSR中的APSR，其余特殊功能寄存器禁止访问

按特权级和用户级区分代码，有利于架构的安全和健壮。 例如，当用户代码出问题时，因其被禁止写特殊功能寄存器和系统寄存器，所以不会影响系统中其他代码的正常运行。 若配有MPU，保护力度就更大，甚至可以阻止用户代码访问不属于它的内存区域。

3、工作状态

Cortex-M3处理器有两种工作状态：
①Thumb-2工作状态：此状态下，执行Thumb-2指令
②调试工作状态：处理器停机调试时(In Halting Debug)进入该状态

4、工作模态间的转换

如图所示，MCU复位后，首先进入特权级线程模式；在特权级线程模式下，可通过置位CONTROL[0]来进入用户级线程模式；在任意模态下，不管是任何原因产生了任何异常中断，处理器都将以特权级中断模式来运行其服务例程，异常中断返回后MCU必须恢复到先前的工作模态。

在黑色部分表示的内循环中，用户级线程模式无法返回特权级线程模式，因此提供了一种间接切换的途径：在用户级线程模式下使用一条系统服务调用指令(SVC, Supervisor Call)来触发一个SVC异常，在特权级中断模式下，该异常的服务例程可以选择修改CONTROL[0]，清零CONTROL[0]后使异常返回到特权级线程模式而非原先工作的用户级线程模式。