純干貨|最經典的STM32-M3概述！

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4、Cortex-M3概覽

（1）簡介     

Cortex-M3是一個 32位處理器內核。內部的數據路徑是 32位的，寄存器是 32位的，存儲器接口也是 32 位的。CM3 采用了哈佛結構，擁有獨立的指令總線和數據總線，可以讓取指與數據訪問并行不悖。這樣一來數據訪問不再占用指令總線，從而提升了性能。為實現這個特性， CM3內部含有好幾條總線接口，每條都為自己的應用場合優化過，并且它們可以并行工作。但是另一方面，指令總線和數據總線共享同一個存儲器空間（一個統一的存儲器系統）。     

比較復雜的應用可能需要更多的存儲系統功能，為此CM3提供一個可選的MPU，而且在需要的情況下也可以使用外部的 cache。另外在CM3中，Both小端模式和大端模式都是支持的。

（2）Cortex-M3的簡化圖

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（3）寄存器組

處理器擁有R0-R15的寄存器組，其中R13最為堆棧指針SP,SP有兩個，但是同一時刻只能有一個可以看到，這就是所謂的“banked”寄存器。

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a、R0-R12都是 32位通用寄存器，用于數據操作。但是注意：絕大多數 16位Thumb指令只能訪問R0-R7，而 32位 Thumb-2指令可以訪問所有寄存器。  

b、Cortex-M3擁有兩個堆棧指針，然而它們是 banked，因此任一時刻只能使用其中的一個。

主堆棧指針（MSP）：復位后缺省使用的堆棧指針，用于操作系統內核以及異常處理例程（包括中斷服務例程）

進程堆棧指針（PSP）：由用戶的應用程序代碼使用。

堆棧指針的最低兩位永遠是0，這意味著堆棧總是4字節對齊的。

c、R14：連接寄存器--當呼叫一個子程序時，由R14存儲返回地址

d、R15：程序計數寄存器--指向當前的程序地址，如果修改它的值，就能改變程序的執行流（這里有很多高級技巧）

e、Cortex-M3還在內核水平上搭載了若干特殊功能寄存器，包括

程序狀態字寄存器組（PSRs）

中斷屏蔽寄存器組（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）

控制寄存器（CONTROL）

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Cortex-M3處理器支持兩種處理器的操作模式，還支持兩級特權操作。

      

兩種操作模式分別為：處理者模式和線程模式（thread mode）。引入兩個模式的本意，是用于區別普通應用程序的代碼和異常服務例程的代碼——包括中斷服務例程的代碼。

Cortex-M3 的另一個側面則是特權的分級——特權級和用戶級。這可以提供一種存儲器訪問的保護機制，使得普通的用戶程序代碼不能意外地，甚至是惡意地執行涉及到要害的操作。處理器支持兩種特權級，這也是一個基本的安全模型。

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在 CM3 運行主應用程序時（線程模式），既可以使用特權級，也可以使用用戶級；但是異常服務例程必須在特權級下執行。復位后，處理器默認進入線程模式，特權極訪問。在特權級下，程序可以訪問所有范圍的存儲器（如果有 MPU，還要 在MPU規定的禁地之外），并且可以執行所有指令。

在特權級下的程序可以為所欲為，但也可能會把自己給玩進去——切換到用戶級。一旦進入用戶級，再想回來就得走“法律程序”了——用戶級的程序不能簡簡單單地試圖改寫 CONTROL寄存器就回到特權級，它必須先“申訴”：執行一條系統調用指令(SVC)。這會觸發SVC異常，然后由異常服務例程（通常是操作系統的一部分）接管，如果批準了進入，則異常服務例程修改 CONTROL寄存器，才能在用戶級的線程模式下重新進入特權級。信盈達，扣扣：一以七捂捂吧就領久要！

        

事實上，從用戶級到特權級的唯一途徑就是異常：如果在程序執行過程中觸發了一個異常，處理器總是先切換入特權級，并且在異常服務例程執行完畢退出時，返回先前的狀態。

通過引入特權級和用戶級，就能夠在硬件水平上限制某些不受信任的或者還沒有調試好的程序，不讓它們隨便地配置涉及要害的寄存器，因而系統的可靠性得到了提高。進一步地，如果配了 MPU，它還可以作為特權機制的補充——保護關鍵的存儲區域不被破壞，這些區域通常是操作系統的區域。

(4)內建的嵌套向量中斷控制器

Cortex-M3 在內核水平上搭載了一顆中斷控制器——嵌套向量中斷控制器 NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。它與內核有很深的“親密接觸”——與內核是緊耦合的。

NVIC提供如下的功能：

·   可嵌套中斷支持

·   向量中斷支持

·   動態優先級調整支持

·   中斷延遲大大縮短

·   中斷可屏蔽

可嵌套中斷支持：  可嵌套中斷支持的作用范圍很廣，覆蓋了所有的外部中斷和絕大多數系統異常。外在表現是，這些異常都可以被賦予不同的優先級。當前優先級被存儲在 xPSR 的專用字段中。當一個異常發生時，硬件會自動比較該異常的優先級是否比當前的異常優先級更高。如果發現來了更高優先級的異常，處理器就會中斷當前的中斷服務例程（或者是普通程序），而服務新來的異常——即立即搶占。

向量中斷支持：  當開始響應一個中斷后，CM3會自動定位一張向量表，并且根據中斷號從表中找出 ISR的入口地址，然后跳轉過去執行。不需要像以前的 ARM那樣，由軟件來分辨到底是哪個中斷發生了，也無需半導體廠商提供私有的中斷控制器來完成這種工作。這么一來，中斷延遲時間大為縮短。