前言

??ARM篇主要介紹一下寄存器和中斷機制,至于匯編這一塊…還請大家感興趣自行學習

1.寄存器

1. R0 - R3 R4 - R11 寄存器
   R0 - R3一般用作函數傳參
   R4 - R11用來保存程序運算的中間結果或函數的局部變量
   在函數調用過程中

• 注意在發生異常的時候 cortex-M0架構會自動將R0-R3壓入棧中, 這也是為什么我們的PendSV只用壓入R4 - R11

2. R12 沒啥用

3. R13寄存器
   R13寄存器又叫做堆棧指針寄存器SP 總是指向當前正在運行的函數的棧幀

   • MSP 和 PSP
     對于 cortex-M3架構 存在兩個SP 指針 一個 MSP 一個 PSP
     

     • PSP只能被用作線程模式 MSP可以在 線程/handler模式運行
       具體的等后面模式做詳解

   • FP 與 SP
     ??前面將函數調用過程的時候講到了 棧幀是靠這倆寄存器FP和SP維護的 可是為啥沒見FP寄存器呢? FP似乎通常是R11寄存器 但不絕對

4. R14寄存器—LR寄存器

   • 用來保存保存上一級函數調用者的返回地址,這樣當我們函數調用返回的時候就知道從哪里接著運行了
   • 當異常發生時，LR中保存的值等于異常發生時PC的值減4（或者減2），因此在各種異常模式下可以根據LR的值返回到異常發生前的相應位置繼續執行
   • 當中斷發生的時候,LR寄存器的值會被設定為"EXC_RETURN"
   • BL function
     當我們通過這樣的指令跳轉的時候 就會更新我們的LR寄存器的值了
   • BX LR
     這個我們在RTOS的PendSV函數的最后會看到 BX LR 指令 這是因為PendSV結束調用時還處于特權模式（LR = EXC_RETURN）,而我們實際上是想返回線程模式的 所以用BX LR 而不是 MOV PC, LR

5. R15寄存器—PC寄存器
   每取一次指令,PC的值會自動 + 8

6. 各種狀態寄存器
   不必關心

7. ARM的三級流水線
   ??一條指令的執行分為三步:取址, 譯碼 和 執行 每一條都需要一個時鐘周期 所以一條指令需要三個時鐘周期。 那如果我們只有第一條指令執行完才執行第二條 就意味著取址單元會有兩個時鐘周期啥也不干。
   所以引入流水線就好了
   

   • 為什么是PC = PC + 8 呢
     這么理解
     “正在取值的指令” = “正在執行的指令” + 8 *
     就對了,反正這也是給你看的不是給機器看的…
     可以看到對于第一條指令add r0,r1,#5真正執行的時候,我們取的是第三條指令cmp r2,#3的值
     

8. 順序執行與亂序執行
   因為我們的指令很有可能下個指令依賴上個指令的結果,那此時三級流水線就出問題了
   比如上個指令的結果還沒放回內存了 這邊已經從內存開始取數據了
   此時就得加入空指令 暫停流水線了–效率低下
   所以就會有亂序執行–有專門邏輯電路進行分析做這個事

2.特權與模式

1. cortex-M3的模式
   兩種模式 – handler模式與線程模式
   兩種特權 – 用戶級和特權級
2. ARM的七種模式
   • 用戶模式（User）：這是唯一的非特權模式，
   • 快速中斷模式（FIQ, Fast Interrupt Request）：
   • 標準中斷模式（IRQ, Interrupt Request）
   • 管理模式（SVC, Supervisor）。
   • 中止模式（Abort）
   • 未定義模式（Undefined）
   • 系統模式（System）
     

??用戶級和特權級是針對訪問權限:特權級訪問寄存器不受限，用戶級不行
??模式是針對運行狀態: 觸發異常了就得進入 handler模式 普通狀態就是線程模式
??所以不能在用戶級去操作handler模式,但是線程模式下特權級還是用戶級都無所謂啦

1. 復位后的狀態
   復位后，處理器默認進入線程模式(MSP),特權極訪問
   可以通過修改CTRL寄存器回到線程模式(PSP指針)
   但是線程模式可就不能修改CTRL寄存器了—那想回去怎么辦?觸發異常再異常中修該
   

3.存儲區映射

對于32位的處理器 地址空間是4個G 這4G對于ARM來說是這么定義的

異常

??對于所有的異常都進行了編號 前15種是系統異常 后面的都是外部中斷

??我們可以看到對于后面幾個異常是可編程的,這個在RTOS的任務切換很重要,我們一般會把PendSV這個異常設定為最低優先級(0xffffffff)—為了在對所有中斷都響應后在切換任務

• 搶占優先級和響應優先級
  高搶占優先級可以打斷低搶占優先級
  但是同搶占優先級下,高響應優先級打斷不了低的響應優先級

• 中斷向量表—處理中斷的關鍵
  

  這個是在starup.s中定義的 一般我們也不會有重新定義新的中斷的需求

• 對中斷的響應
  正常來說需要我們在中斷服務程序清除對應的標志位
  

  如果不清除會咋樣—那就反復進入該中斷處理程序操作
  

  如果極短時間多次請求–一般只會響應一次,因為中斷就懸起了一次
  

  假如在中斷服務函數執行過程中,又觸發了一次相同的中斷–就會再執行一次

• NVIC中斷控制器

  • 中斷的懸起與解懸
  • 中斷的優先級控制
  • 對中斷響應的暫時屏蔽

中斷

• msp與psp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）
  PSP:由用戶的應用程序代碼使用。
  兩個堆棧指針，同一時刻只能用一個。
  作用：提升程序健壯性。一定程度上保證應用的數據（棧）空間不會溢出到操作系統數據（棧）空間
• 中斷發生后做了什么
  當一個中斷發生的時候 我們的內核到底做了什么

  • 寄存器入棧–保存現場
    

  • 地址總線從向量表查詢中斷向量

  • 更新寄存器–此時就進入handler模式了同時使用的也是MSP指針了
    

    

  • 跳轉執行中斷服務程序

  • 中斷返回–包括把之前保存的寄存器的值自動彈出來(恢復現場)

• 中斷的遞歸調用
  不用我等操心 但是需要我們注意的是就是給棧提供一個合適的大小
• 中斷與異常的區別
  中斷——外部事件引起，正在運行的程序所不期望的–異步的
  異常——內部執行指令引起–同步的