第二章-Cortex-M处理器编程模型课件

1、第二章 Cortex-M3 处理器编程模型2.1 处理器工作模式及状态2.2 寄存器2.3 数据类型与存储器格式2.4 指令集2.5 系统控制寄存器2.1 处理器工作模式及状态Cortex-M3处理器有 Thread 和 Handler 两种工作模式:在重启时，处理器进入 Thread 模式，在从异常返回时也可进入 Thread 模式。Thread模式下代码可以特权方式和用户形式运行。当系统产生异常时，处理器进入 Handler 模式。在 Handler 模式下所有代码必须都是特权代码。2.1 处理器工作模式及状态Cortex-M3 处理器可以在 Thumb 和 Debug 两种操作状态下工作

2、：Thumb 状态，此状态是正常执行 16 位和 32 位半字对齐的 Thumb 和 Thumb-2 指令时所处的状态。Debug（调试）状态，是在调试时的状态。2.1.1 特权访问和用户访问代码可以特权和非特权方式执行 当系统发生异常，处理器进入Handler 模式时，代码往往是特权方式的；而当处理器在 Thread 模式下时，则代码可以是特权的也可以是非特权的。2.1.1 特权访问和用户访问当处理器复位进入 Thread 模式后，代码均为特权的。当处理器在 Thread 模式下时，可以从特权方式切换到用户方式，但不能从用户方式返回到 特权方式。在 Thread 模式下只有进行异常处理时，处

3、理器进入 Handler 模式，才能由用户方式切换到特权方式。2.1.2 main 栈和process 栈 cortex-M3 处理器可以使用两个堆栈：主（main）栈和进程（process）栈。在系统复位之后，所有代码都使用 main 栈。栈指针寄存器 r13 为分组（Banked）寄存器，用于在 SP_main 和 SP_process 之间切换，任何时候仅有一个栈可见。2.1.2 main 栈和process 栈有些异常处理如SVC，可以通过在其返回时修改EXC_RETURN值，将Thread 模式下其所使用的栈从 main 栈切换到 process 栈。而其它异常则继续使用 main栈

4、。还可以通过使用指令MSR写CONTROL1位来从 main 栈切换到 process 栈。2.2 寄存器Cortex-M3 处理器有 20 个 32 位寄存器：13 个通用寄存器，r0-r12；分组栈指针寄存器， r13；链接寄存器，r14；程序计数器，r15；程序状态寄存器，xPSR。2.2 寄存器2.2.1 通用寄存器寄存器 r0-r7 为低寄存器，可被所有指令访问寄存器 r8-r12 为高寄存器，可以被所有的 32 位指令访问，但不能被 16 位指令访问。寄存器r13被用于栈指针：由于 SP忽略位1:0，因此它自动对齐为一个字，即4字节。2.2.1 通用寄存器寄存器r14是子程序链接寄

5、存器（LR）：当执行带链接的跳转指令BL或带链接及状态切换的跳转指令BLX 时，LR将保存PC作为返回地址。LR 也用于异常返回。在其它时候，可以把r14寄存器当作通用寄存器来使用。寄存器 r15 为程序计数器，其位0总为 0，因为指令按字或半字对齐。2.2.2 程序状态寄存器(xPSR)在系统层，处理器状态可分为三种类型：Application、Interrupt 和 Execution，与之对应有 3 个程序状态寄存器： APSR、IPSR 和 EPSR。可以使用 MRS 和 MSR 指令单独访问这些寄存器的其中一个或多个。在进入异常时，处理器会把这三个寄存器的信息入栈。APSRAPSR

6、包含程序的条件标志。在进入一个异常之前，处理器将程序条件标志保存到堆栈中。可以通过指令MSR(2)和 MRS(2)访问APSR。APSR 位分配 IPSRIPSR 包含了当前正在执行的中断服务子程序（ISR）号： IPSR 位分配 EPSREPSR 内部包含两个重叠的区域：中断可继续指令（ICI）区域。批量加载和批量保存指令（LDM、STM）可被中断，该区域用于保存相关信息，这些信息在返回被中断的批量加载或批量存储操作时使用；If-Then（IT）指令区域以及 Thumb 状态位（T-位），用于保存If-Then指令执行的状态位。EPSREPSR 不能被直接访问，只有两种事件可以修改EPSR：

7、 在执行指令LDM 或 STM 指令的过程中 有中断到来； 执行 If-Then 指令。EPSR 位分配2.3 数据类型与存储器格式Cortex-M3 既可使用大端格式也可使用小端格式访问存储器。Cortex-M3 处理器有一个可配置引脚 BIGEND，用来选择小端格式或大端格式。通常是以小端格式访问代码，小端格式是ARM 处理器的默认存储器格式。小端数据格式大端数据格式注意对系统控制区域的访问通常是小端格式；在系统复位处理之后更改大小端格式是无效的；专用外设总线（PPB）区域必须为小端格式，与 BIGEND 引脚的设置无关。2.4 指令集Cortex-M3 处理器能支持所有的 16 位 Thumb 指令集和基本32 位 Thumb-2 指令集。各个指令的介绍可查阅 ARM 相关资料。2.