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1、第二章第二章 Cortex-M3 处理器编程模型处理器编程模型l2.1 处理器工作模式及状态l2.2 寄存器l2.3 数据类型与存储器格式l2.4 指令集l2.5 系统控制寄存器2.1 处理器工作模式及状态处理器工作模式及状态lCortex-M3处理器有 Thread 和 Handler 两种工作模式:l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。l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处理器工作模式及状态lC
2、ortex-M3 处理器可以在 Thumb 和 Debug 两种操作状态下工作：lThumb 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。lDebug（调试）状态，是在调试时的状态。2.1.1 特权访问和用户访问特权访问和用户访问l代码可以特权和非特权方式执行 l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；l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特权访问和用户访问l当处理器复位进入 Thread 模式后，代码均为特权的。l当处理器在 Thr
3、ead 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。l在 Thread 模式下只有进行异常处理时，处理器进入 Handler 模式，才能由用户方式切换到特权方式。2.1.2 main 栈和栈和process 栈栈l 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。l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 栈和栈和process 栈栈l有些异常处理如SVC，可以通过
4、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。l还可以通过使用指令MSR写CONTROL1位来从 main 栈切换到 process 栈。2.2 寄存器寄存器Cortex-M3 处理器有 20 个 32 位寄存器：l13 个通用寄存器，r0-r12；l分组栈指针寄存器，r13；l链接寄存器，r14；l程序计数器，r15；l程序状态寄存器，xPSR。2.2 寄存器寄存器2.2.1 通用寄存器通用寄存器l寄存器 r0-r7 为低寄存器，可被所有指令访问l寄存器 r8-r12 为高寄存器，可以被所
5、有的 32 位指令访问，但不能被 16 位指令访问。l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 通用寄存器通用寄存器l寄存器r14是子程序链接寄存器（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。l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 程序状态寄存器程序状态寄存器(xPSR)l在系统层，处理器状态可分为三种类型：Application、Interrupt 和 Execu
6、tion，与之对应有 3 个程序状态寄存器：APSR、IPSR 和 EPSR。l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。APSRlAPSR 包含程序的条件标志。l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 位分配位分配 EPSRlEPSR 内部包含两个重叠的区域：l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
7、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；lIf-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。EPSRlEPSR 不能被直接访问，只有两种事件可以修改EPSR：l 在执行指令LDM 或 STM 指令的过程中 有中断到来；l 执行 If-Then 指令。EPSR 位分配位分配2.3 数据类型与存储器格式数据类型与存储器格式lCortex-M3 既可使用大端格式也可使用小端格式访问存储器。lCortex-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。l通常是以小端格式访问代码，小端格式是ARM
8、处理器的默认存储器格式。小端数据格式小端数据格式大端数据格式大端数据格式注意注意l对系统控制区域的访问通常是小端格式；l在系统复位处理之后更改大小端格式是无效的；l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 指令集指令集lCortex-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。l各个指令的介绍可查阅 ARM 相关资料。2.5 系统控制寄存器系统控制寄存器l通过读写 Cortex-M3 处理器内部单元，例如NVIC、MPU、TPIU、ITM、ETM 等的寄存器可以实现对处理器系统的控制。l这些系统控制寄存器的地址是固定分配的l具体请查阅 Cortex-M3 技术手册