Cotex-M3内核寄存器详解(寄存器-栈-中断向量表)

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title: “基础(寄存器-栈-中断向量表)”
date: 2024-1-16 15:39:08 +0800
tags: Cotex-M3

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基础(寄存器-栈-中断向量表)

寄存器

普通寄存器

R0 -R7也被称为低组寄存器。所有指令都能访问它们。它们的字长全是32位，复位后的初始值是不可预料的

R8 -R12也被称为高组寄存器。这是因为只有很少的16位Thumb指令能访问它们，32位的thumb-2指令则不受限制。它们也是32位字长，且复位后的初始值是不可预料的。

当引用R13（或写作SP）时，引用到的是当前正在使用的那一个，另一个必须用特殊的指令来访问（MRS,MSR指令）

R14是连接寄存器（LR）。在一个汇编程序中，你可以把它写作both LR和R14。LR用于在调用子程序时存储返回地址。例如，当你在使用BL(分支并连接，Branch and Link)指令时，就自动填充LR的值。

LR的LSB却是可读可写的。这是历史遗留的产物。在以前，由位0来指示ARM/Thumb状态。因为其它有些ARM处理器支持ARM和Thumb状态并存，为了方便汇编程序移植，CM3需要允许LSB可读可写

R15是程序计数器，在汇编代码中一般我们都都叫它的外号“PC”。 因为CM3内部使用了指令流水线，读PC时返回的值是当前指令的地址+4

CM3中的指令至少是半字对齐的，所以PC的LSB总是读回0。然而，在分支时，无论是直接写PC的值还是使用分支指令，都必须保证加载到PC的数值是奇数（即LSB=1），用以表明这是在Thumb状态下执行。倘若写了0，则视为企图转入ARM模式，CM3将产生一个fault异常

特殊寄存器

状态寄存器

它们只能被专用的MSR/MRS指令访问，而且它们也没有与之相关联的访问地址

MRE 	,  		; 读取寄存器到通用寄存器
MSR     ,          ;写通用寄存器的值到特殊功能寄存器

• PSR位的类型：

预留位：为将来的扩展预留
用户可写位：在任意模式下都可写，N，Z，C，V，Q，和GE[3:0]以及E位都是用户可写的。
特权模式位：在特权模式下可写，用户模式下写特权位没有效果，A，I，F，T和M[4:0]都是特权位。
执行状态位：在特权模式下可写，用户模式下写执行状态位没有效果，J和T位都是执行状态位，在ARM状态下一直为0

• 应用程序: PSR(APSR)

-   N: 负数 ? 1 : 0
-   Z: 运算结果为0 ? 1 : 0
-   C: 进位标志.(4中情况)
    1.  加法指令(包括CMN): 当结果产生了进位,则为1,表示无符号数运算发生溢出;
    2.  减法指令(包括CMP): 当运算中发生了错位,为1, 表示运算发生下溢出;
    3.  对已在操作数中包含移位操作的运算指令,C被置为被移位寄存器最后移出去的位;
    4.  对于其他非加/减的运算指令,c一般不收影响;
-   V: 溢出标志位: 对于加减法,当操作数和运算结果都是以二进制的补码表示的带符号的数,切运算结果超出了有符号运算的范围溢出,V=1.

• 中断号: PSR(IPSR)
• 执行: PSR(EPSR)

通过MRS/MSR指令，这3个PSRs即可以单独访问，也可以组合访问（2个组合，3个组合都可以）。当使用三合一的方式访问时，应使用名字“xPSR”或者“PSR”。

中断屏蔽寄存器

要访问PRIMASK, FAULTMASK以及BASEPRI，同样要使用MRS/MSR指令

控制寄存器

在Cortex-M3的handler模式中，CONTROL[1]总是0。在线程模式中则可以为0或1。因此，仅当处于特权级的线程模式下，此位才可写，其它场合下禁止写此位。改变处理器的模式也有其它的方式：在异常返回时，通过修改LR的位2，也能实现模式切换。这是LR在异常返回时的特殊用法，颠覆了对LR的传统使用方式

FreeRTOS里面使用到了

仅当在特权级下操作时才允许写该位。一旦进入了用户级，唯一返回特权级的途径，就是触发一个（软）中断，再由服务例程改写该位

在线程模式＋用户级下，对系统控制空间（SCS）的访问将被阻止——该空间包含了配置寄存器组以及调试组件的寄存器组。除此之外，还禁止使用MRS/MSR访问刚才讲到的，除了APSR之外的特殊功能寄存器。如果以身试法，则对于访问特殊功能寄存器的，访问操作被忽略；而对于访问SCS空间的，将fault伺候。

异常和中断

NVIC还有一条NMI输入信号线。NMI究竟被拿去做什么，还要视处理器的设计而定。在多数情况下，NMI会被连接到一个看门狗定时器，有时也会是电压监视功能块，以便在电压掉至危险级别后警告处理器。NMI可以在任何时间被激活，甚至是在处理器刚刚复位之后

STM32连接的是CSSI中断, 当外部时钟异常的时候触发中断

栈操作

支持一次多个寄存器

PUSH       {R0-R2}            ;压入R0-R2 
PUSH       {R3-R5,R8, R12} ;压入R3-R5,R8，以及R12
POP     {R3-R5,R8, R12} ;弹出R3-R5，R8，以及R12 
POP     {R0-R2}            ;弹出R0-R2

在使用的时候汇编器会把寄存器进行升序排列

PUSH       {R0-R3, LR}     
POP        {R0-R3, PC}

双栈

在使用OS的环境下，只要OS内核仅在handler模式下执行，用户应用程序仅在用户模式下执行，这种双堆栈机制派上了用场——防止用户程序的堆栈错误破坏OS使用的堆栈。

在特权级的时候使用MRS和MSR进行设置两个堆栈指针

复位(中断向量表)

从0地址的位置获取到复位函数和栈指针的值

因为CM3使用的是向下生长的满栈，所以MSP的初始值必须是堆栈内存的末地址加1

由于存储的是PC的值, 又是在Thumb模式下面进行的, 所以地址最低位设置为1