第2章Cortex-M3内核原理2详解.pptx

第2章 Cortex-M3 内核原理（2） 主要内容 2.1 Cortex-M3 体系结构 2.2 寄存器 2.3 存储器系统 --存储器区域分配； --外设访问的存储器映射； -- 存储器保护单元。 2.4 位带操作：原理、用途 2.5 工作模式 2.6 异常与中断 2.7 堆栈及其操作 2.8 Cortex-M3内核的其他主要特性 2.9 Thumb-2指令系统 2.5 工作模式 工作模式 Cortex‐M3支持两种模式和两个特权等级。 ? 特权级 用户级 异常handler代码 处理模式(handler mode) 用法错误 Bootloader或主应用程序代码 线程模式（thread mode） 线程模式（thread mode） RESET 工作模式 Cortex‐M3处理器的工作模式和特权等级共有三种配合。 线程模式+用户级 线程模式+特权级 Handler模式+特权级 复位后，处理器首先进入线程模式＋特权级。 ? 特权级 用户级 异常handler代码 处理模式(handler mode) 用法错误 Bootloader或主应用程序代码 线程模式（thread mode） 线程模式（thread mode） Control寄存器与微处理器工作模式 工作模式（续） 在“线程模式+用户级”下， 禁止访问包含配置寄存器以及调试组件寄存器的系统控制空间（SCS）；P39 禁止使用MSR访问除APSR外的特殊功能寄存器。 在特权级下（“处理模式 or 线程模式”） 可通过置位CONTROL[0]来进入用户级； 不管是任何原因产生了任何异常，处理器都将以特权级来运行其服务例程； 异常返回后将回到产生异常之前的特权级。 用户级下（“线程模式”） 代码不能再试图修改CONTROL[0]来回到特权级。 它必须通过产生异常，并通过异常处理程序程序（处于特权级下）来修改CONTROL[0]，才能在线程模式拿到特权级。 工作模式（续） 特权级和处理器模式的切换 置位control[0] 工作模式（续） 特权级和处理器模式的切换 工作模式（续） 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NVIC寄存器，不会影响系统中其他代码的正常运行。 为了避免系统堆栈因应用程序的错误使用而毁坏，给应用程序专门配一个堆栈，不让它共享操作系统内核的堆栈。 在这个管理制度下，运行在线程模式的用户代码使用PSP，而异常服务例程则使用MSP。这两个堆栈指针的切换是全自动的，就在出入异常服务例程时由硬件处理。 工作模式（续） 特权等级和堆栈指针的选择均由CONTROL负责。 （1）当CONTROL[0]=0时，表示“线程模式+特权级”状态。因为只能在特权级进行Control寄存器的设置。因此，在异常处理的始末，处理器始终处于特权级，仅仅进行处理器模式的转换。 CONTROL[0]=0 CONTROL[1]=0 CONTROL[0]=0 CONTROL[1]=0 CONTROL[0]=？ CONTROL[1]=0 工作模式（续） 特权等级和堆栈指针的选择均由CONTROL负责。 （2）若CONTROL[0]=1（线程模式+用户级），则在中断响应的始末，处理器模式和特权等级都要发生变化。 CONTROL[0]=1 CONTROL[1]=1 CONTROL[0]=1 CONTROL[1]=1 CONTROL[0]=？ CONTROL[1]=0 工作模式（续） CONTROL[0]有在特权级下才能访问。 用户级的程序如想进入特权级，通常都是使用一条“系统服务调用指令（SVC）”来触发“SVC异常”，该异常的服务例程可以选择修改CONTROL[0]。 工作模式（续） 当 CONTROL[1]=0 时，只使用 MSP，此时用户程序和异常 handler 共享同一个堆栈。这也是复位后的缺省使用方式。 CONTROL[0]=0 CONTROL[1]=0 CONTROL[0]=？CONTROL[1]=0 CONTROL[0]=0 CONTROL[1]=0 Control寄存器与堆栈 工作模式（续） 当 CONTROL[1]=1时，进入异常，自动压栈使用的是PSP，进入异常后自动改用 MSP（处理模式永远使用MSP），退出异常时切换回 PSP，并且从进程堆栈上弹出数据。 CONTROL[0]=1 CONTROL[1]=1 CONTROL[0]=？ CONTROL[1]=0 CONTROL[0]=1