M3內(nèi)核點(diǎn)滴記錄

重要規(guī)則：多個(gè)中斷源在它們的搶占式優(yōu)先級相同的情況下，子優(yōu)先級不論是否相同，如果某個(gè)中斷已經(jīng)在服務(wù)當(dāng)中，則其它中斷源都不能打斷它（可以末尾連鎖）；只有搶占式優(yōu)先級高的中斷才可以打斷其它搶占式優(yōu)先級低的中斷。優(yōu)先級分組規(guī)定：亞優(yōu)先級至少1位，因此搶占式優(yōu)先級最多7位；

void NVIC_SystemHandlerPriorityConfig(u32 SystemHandler, u8 SystemHandlerPreemptionPriority, u8 SystemHandlerSubPriority)

具體的芯片支持的M3的優(yōu)先級分組情況不一樣，芯片在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定了它支持多個(gè)種分組，如我的STM32只支持0~4分組，這個(gè)具有要看芯片手冊（其實(shí)查看芯片提供的相關(guān)代碼就可以查出了），為了更好的支持代碼的跨平臺特性，優(yōu)先級是以MSB對齊的（這里的對齊，比如3位搶占式優(yōu)先級移植到另一款芯片變成2位，這時(shí)丟失的是最高位，如搶占式優(yōu)先級5會(huì)變成1）；

ARM處理器支持的指令集：ARM（32位，對應(yīng)CPU的ARM狀態(tài)）、Thumb（16，對應(yīng)CPU的Thumb狀態(tài)）、Thumb2（32、16）;

Thumb指令在功能上時(shí)ARM指令的一個(gè)子集，它的優(yōu)點(diǎn)是提高代碼密度；Thumb2是Thumb指令的超集（16和32位的指令共存）；

Cortex M3使用的就是2003年盛產(chǎn)的Thumb2指令集，M3支持Thumb2指令的好處：1.支持絕大多數(shù)的傳統(tǒng)的Thumb指令，方便在只支持Thumb指令平臺上寫的代碼的移植；2.不用進(jìn)行處理器的狀態(tài)切換(在一些運(yùn)算復(fù)雜的地方需要Thumb<->ARM切換)，提高效率。

CPU的寄存器：R0~R12（通用寄存器）、R13(M/P SP)、R14(LR)、R15(PC)、xPSR(程序狀態(tài)字寄存器)、PRIMASK/FAULTMASK/BASEPRI(中斷屏蔽寄存器)、CONTROL(控制寄存器)【最后三類為特殊功能寄存器，具體功能后面分析】

堆棧指針（R13）的最低兩位永遠(yuǎn)為0，因?yàn)槎褩Ｊ?字節(jié)對齊（ARM是32位處理器，各寄存器都是32位的）；

M3支持兩種處理器的操作模式以及兩種特權(quán)操作；

操作模式：handler mode 、thread mode (異常時(shí)處理器處于handler mode ，其他時(shí)候是thread mode)

特權(quán)操作：特權(quán)級（復(fù)位后系統(tǒng)默認(rèn)、handler mode下總是特權(quán)級）、用戶級（非特權(quán)級）；這是一種安全策略，特權(quán)級是可以訪問所有的存儲器（有MPU，要除去MPU規(guī)定的禁區(qū)），可執(zhí)行所有的指令【這是特權(quán)級與用戶級的區(qū)別所在，配上MPU，就可以對特權(quán)級訪問和用戶級訪問施加不同的限制】。

CONTROL[1]、CONTROL[0]只有在特權(quán)級模式下才允許寫（從用戶級到特權(quán)級的唯一路徑就是異常：觸發(fā)一個(gè)異常，處理器總是先切換到特權(quán)級，異常退出時(shí)，返回先前的狀態(tài)，也可通過LR手動(dòng)修改返回狀態(tài)），特權(quán)級的線程模式可通過修改CONTROL[0]=1進(jìn)入用戶模式，這樣就只能通過異常才能返回特權(quán)級；

Cortex M3 擁有4G的存儲空間，且對這4G的存儲空間進(jìn)行了粗線條的規(guī)劃：

0x0000_0000--0x1FFF_FFFF:代碼區(qū)。         0x2000_0000--0x3FFF_FFFF:用于片上靜態(tài)RAM。

0x4000_0000--0x5FFF_FFFF:片上外設(shè)空間。   0x6000_0000--0x9FFF_FFFF:擴(kuò)展外部存儲器。

0xA000_0000--0xDFFF_FFFF:擴(kuò)展片外外設(shè)。  0xE000_0000--0xFFFF_FFFF:系統(tǒng)控制空間（NVIC、SCB等）

處于最高地址的系統(tǒng)級存儲區(qū)包括NVIC、MPU、SCB、調(diào)試組件等，且所有這些控制模塊的寄存器地址是固定的，不隨芯片廠家的不同而發(fā)生改變，這樣就方便移植了。

MPU:MPU保護(hù)內(nèi)存是按region(區(qū))來管理的，當(dāng)檢測到訪問犯規(guī)時(shí)，MPU會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常，進(jìn)入對應(yīng)的異常服務(wù)程序。最常見的MPU玩法是操作系統(tǒng)使用MPU來包含特權(quán)級代碼的數(shù)據(jù)，包括操作系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)不被其他的用戶程序破壞。

MRS、MSR訪問特殊功能寄存器。

調(diào)試：M3不同于以往的ARM處理器，內(nèi)核本身不再含有JTAG接口，取而代之的是CPU提高的DAP“調(diào)試訪問接口”的總線接口，通過這個(gè)總線接口，可以訪問芯片的寄存器、系統(tǒng)存儲器等，甚至可以在內(nèi)核運(yùn)行時(shí)訪問，而對此總線接口的使用是通過一個(gè)調(diào)試端口（DP）設(shè)備完成，DP不屬于M3內(nèi)核，但它是在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。DP包括SWJ-DP(支持JTAG調(diào)試與串行線調(diào)試)、SW-DP（串行線調(diào)試），也可以使用JTAG-DP，具體使用哪一個(gè)由廠家選擇提供給用戶（通常為SWJ-DP）; M3還掛載了一個(gè)ETM(嵌入式跟蹤宏單元)，ETM不斷發(fā)出跟蹤信息，這些信息通過一個(gè)被稱為TPIU(跟蹤端口接口單元)的模塊送到內(nèi)核的外部，如果再芯片外使用“跟蹤信息分析儀”就可以捕捉TPIU的“已執(zhí)行指令信息”，送給調(diào)試PC機(jī)。

通過WFI（等待中斷指令）與WFE(等待事件指令)，內(nèi)核可以進(jìn)入睡眠模式。

M3支持“位尋址帶”操作，支持非對齊的數(shù)據(jù)訪問。

M3中指令至少是半字對齊，所以讀取PC的值時(shí)，PC的LSB總是讀回0，且PC的LSB位表示的是CPU所處的狀態(tài)，1表示Thumb狀態(tài)，0表示ARM狀態(tài)，所以無論是在直接寫PC值還是使用分支指令，都必須保證加載到PC的數(shù)值是奇數(shù)（LSB=1），用以表示這是在Thumb狀態(tài)下執(zhí)行，若寫了0，則試圖轉(zhuǎn)入ARM狀態(tài)，CM3將產(chǎn)生一個(gè)異常。

讀取PC值時(shí)獲得的數(shù)值是與CPU的流水線級數(shù)【M3的是三級：取指、譯碼、執(zhí)行】有關(guān)的，CM3在讀PC時(shí)返回的值是當(dāng)前指令的地址+4，PC（取指） = PC（執(zhí)行） + 4（16位的是兩個(gè)字節(jié)，2*2）【這里出于對Thumb代碼兼容，Thumb2既有16位的指令也包含32位的指令】

【復(fù)位序列】在離開復(fù)位狀態(tài)后，CM3做的第一件事就是讀取下列兩個(gè)32位整數(shù)的值：

1：從地址0x0000_0000處取出MSP（默認(rèn)使用MSP）的初始值

2：從地址0x0000_0004處取出PC的初始值（這個(gè)值是復(fù)位向量，LSB必須是1）

這與傳統(tǒng)的ARM架構(gòu)以及絕大多數(shù)的單片機(jī)不同，傳統(tǒng)ARM架構(gòu)總是從0地址開始執(zhí)行第一條指令（0地址處一般總是一條跳轉(zhuǎn)指令），在CM3中，0地址處提供MSP的初始值，然后緊跟的是向量表（向量表在以后還可以被移到其他的位置），向量表中存放的是32位的服務(wù)程序的地址（我們通過工具查看這些地址值時(shí)，他們的最低位都是1）

我們可以通過查看0地址處的MSP初始值�？梢灾�道系統(tǒng)最開始使用的堆棧的大小，如：0x20004430(減去RAM的起始地址就可知道大小)。那怎么設(shè)置？

AREA    STACK（段名）, NOINIT, READWRITE（兩個(gè)屬性）, ALIGN=3（對齊）

    SPACE   Stack_Size

AREA    RESET, CODE, READONLY

        THUMB

    EXPORT  __Vectors

__Vectors                     

    DCD  Stack + Stack_Size            ; Top of Stack【堆棧是往下生長的滿棧，Stack是棧底】

    DCD  Reset_Handler

fault分為：總線fault、存儲器管理fault、用法fault、硬fault;

總線fault:當(dāng)AHB接口上正在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如果回復(fù)了一個(gè)錯(cuò)誤信號（Error Response），則會(huì)產(chǎn)生總線fault，產(chǎn)生的場合可以是：

SVC(系統(tǒng)調(diào)用)【學(xué)linux時(shí)，在帶操作系統(tǒng)的系統(tǒng)中，用戶空間系統(tǒng)調(diào)用（直接使用操作系統(tǒng)提供的接口函數(shù)）與C庫調(diào)用，且C庫調(diào)用最后會(huì)使用系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)（也就變?yōu)榱讼到y(tǒng)調(diào)用），通過系統(tǒng)調(diào)用請求（通過系統(tǒng)調(diào)用號：對應(yīng)各個(gè)系統(tǒng)提供的對應(yīng)接口函數(shù)）從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間，C庫調(diào)用接口具有很好的跨平臺特性】

PendSV(可掛起的系統(tǒng)調(diào)用)

SVC異常 通過 執(zhí)行SVC指令來產(chǎn)生，如SVC 0X3 //0X3是系統(tǒng)調(diào)用號

不能再SVC服務(wù)例程中嵌套使用SVC指令（因?yàn)橥瑑?yōu)先級的異常不能搶占自身,都是系統(tǒng)調(diào)用異常），否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)用法fault;同樣也不能在NMI服務(wù)例程中使用SVC，否則會(huì)導(dǎo)致hardfault【因?yàn)閳?zhí)行SVC指令后，如因優(yōu)先級不比當(dāng)前正在處理的高，或是其他原因使之無法響應(yīng)，則將造成hardfault】.

PendSV可以像普通的中斷一樣被掛起（不像SVC一樣會(huì)上訪hardfault），OS可以利用它緩期執(zhí)行一個(gè)異常，直到其他重要的任務(wù)完成后才執(zhí)行動(dòng)作，為了能讓其他很重要的任務(wù)優(yōu)先完成，PendSV的優(yōu)先級可以調(diào)到最低。

通過向PendSV掛起寄存器中寫1，可以手工掛起PendSV,掛起后，如果優(yōu)先級不夠高，則將緩期執(zhí)行。