详细剖析Cortex-M3处理器

工作模式

线程模式(Thread mode)：处理器复位或异常退出时为此模式。此模式下的代码可以是特权代码也可以是用户代码，通过CONTROL[0]控制。

处理模式(Handler mode)：出现异常(包括中断)时进入此模式，此模式下所有代码为特权访问。

代码权限

特权访问：对处理器资源拥有完全访问限权;处理器复位后进入此访问模式;清零 CONTROL[0]进入用户模式。

用户访问：禁止访问多数系统寄存器。只能通过进入异常(中断)来返回特权模式。进入异常前是用户级访问，则退出异常时自动回到用户及，除非在异常中修改CONTROL[0]位。

工作状态

Thumb状态(正常执行指令状态)和调试状态。

寄存器

r0-r12：通用寄存器，其中r8-r12只能被32位指令访问。

r13(SP)：堆栈指针;线程模式时可以在线程堆栈和主堆栈之间切换，但处理模式只使用主堆栈。两个堆栈同一时刻只有一个可见，进入、退出异常时自动切换堆栈。

r14(LR)：链接寄存器，保存子程序或异常的返回地址(要实现嵌套，必须入栈)。

r15(PC)：程序计数器。

xPSR：特殊用途的程序状态寄存器。

异常

进入异常步骤：

1.处理器在当前堆栈上把xPSR、PC、LR、r12、r3~r0八个寄存器自动依次入栈。

2.读取向量表(如果是复位中断，更新SP值)。

3.根据向量表更新PC值。

4.加载新PC处的指令(2、3、4步与1步同时进行)。

5.更新LR为EXC_RETURN(EXC_RETURN表示退出异常后返回的模式及使用的堆栈)。

退出异常步骤

1.根据EXC_RETURN指示的堆栈，弹出进入中断时被压栈的8个寄存器。

2.从刚出栈的IPSR寄存器[8:0]位检测恢复到那个异常(此时为嵌套中断中)，若为0则恢复到线程模式。

3.根据EXC_RETURN,选择使用相应SP。

末尾连锁(Tail-chaining)：当前正在执行中断，又有一个中断到来且这个中断优先级比正在执行的中断优先级低(如果有其他被压栈的低优先级中断则要比这些中断优先级高)，这个中断暂时被挂起，等到当前中断执行完后不再执行堆栈操作，而直接进入挂起的中断。

迟来：前一个中断还没有进入执行阶段(但处理器状态已经保存)，后面来了一个高优先级中，则前一个中断被抢占，后来的高优先级中断不需要再保存寄存器状态。

中断

Cortex-M3中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级，有人把响应优先级称作‘亚优先级‘或‘副优先级‘，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断处理过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套低抢占式优先级的中断。

当两个中断源的抢占式优先级相同时，这两个中断将没有嵌套关系，当一个中断到来后，如果正在处理另一个中断，这个后到来的中断就要等到前一个中断处理完之后才能被处理。如果这两个中断同时到达，则中断控制器根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个;如果他们的抢占式优先级和响应优先级都相等，则根据他们在中断表中的排位顺序决定先处理哪一个。