第1章ARM Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)

1、第1章 ARM Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)1.1 ARM Cortex-M3內(nèi)核簡(jiǎn)介內(nèi)核簡(jiǎn)介l 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果把單片機(jī)比作人，內(nèi)核就相當(dāng)于人的大腦簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果把單片機(jī)比作人，內(nèi)核就相當(dāng)于人的大腦，耳、鼻、喉、嘴巴、眼睛、胳膊、腿、手、腳等就相當(dāng)，耳、鼻、喉、嘴巴、眼睛、胳膊、腿、手、腳等就相當(dāng)于外設(shè)。外圍是指單片機(jī)外接器件的一個(gè)行業(yè)術(shù)語(yǔ)；內(nèi)核于外設(shè)。外圍是指單片機(jī)外接器件的一個(gè)行業(yè)術(shù)語(yǔ)；內(nèi)核和外設(shè)是單片機(jī)的組成部分，外圍則是單片機(jī)的外部連接和外設(shè)是單片機(jī)的組成部分，外圍則是單片機(jī)的外部連接器件的總稱(chēng)。器件的總稱(chēng)。l 任何一款單片機(jī)都離不開(kāi)內(nèi)核，同一個(gè)內(nèi)核，外掛不同的任何一款單片機(jī)都離不開(kāi)內(nèi)核

2、，同一個(gè)內(nèi)核，外掛不同的外設(shè)，就組成了不同型號(hào)的單片機(jī)；外設(shè)，就組成了不同型號(hào)的單片機(jī)；STM32F103的一系列的一系列單片機(jī)都是單片機(jī)都是Cortex-M3內(nèi)核，根據(jù)不同的需要，掛接不同內(nèi)核，根據(jù)不同的需要，掛接不同的外設(shè)后產(chǎn)生了不同的的外設(shè)后產(chǎn)生了不同的IC。不同的內(nèi)核外掛外設(shè)后同樣又。不同的內(nèi)核外掛外設(shè)后同樣又組成了不同系列不同型號(hào)的單片機(jī)。組成了不同系列不同型號(hào)的單片機(jī)。l ARM內(nèi)核的特點(diǎn)內(nèi)核的特點(diǎn)：l 1.Thumb-2指令集架構(gòu)（指令集架構(gòu)（ISA）的子集，包含所有基本的）的子集，包含所有基本的16位和位和32位位Thumb-2指令；指令；l 2.哈佛處理器架構(gòu)，在加載哈佛處理

3、器架構(gòu)，在加載/存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)能夠執(zhí)行指存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)能夠執(zhí)行指令取指，周期大大縮短，執(zhí)行效率更加高效；令取指，周期大大縮短，執(zhí)行效率更加高效；l 3.帶分支預(yù)測(cè)的三級(jí)流水線(xiàn)；帶分支預(yù)測(cè)的三級(jí)流水線(xiàn)；l 4.運(yùn)算能力強(qiáng)，具有單時(shí)鐘周期硬件運(yùn)算能力強(qiáng)，具有單時(shí)鐘周期硬件32位乘法、除法；位乘法、除法；l 5.硬件除法；硬件除法；l 6.Thumb狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)；狀態(tài)和調(diào)試狀態(tài)；l 7.處理模式和線(xiàn)程模式；處理模式和線(xiàn)程模式；l 8.ISR的低延遲進(jìn)入和退出；的低延遲進(jìn)入和退出；l 9.可中斷可中斷-可繼續(xù)（可繼續(xù)（interruptible-continued）的）的LDM/STM、PUSH/P

4、OP；l 10.支持支持ARMv6類(lèi)型類(lèi)型BE8/LE；l 11.支持支持ARMv6非對(duì)齊訪(fǎng)問(wèn)。非對(duì)齊訪(fǎng)問(wèn)。1.2 處理器的組件處理器的組件l 圖圖1.1顯示了顯示了Cortex-M3處理器處理器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖1.1 Cortex-M3內(nèi)核組件方框圖l MPU和和ETM并不是在所以的并不是在所以的M3內(nèi)核中都存在，這兩個(gè)不內(nèi)核中都存在，這兩個(gè)不是必須組件。是必須組件。l AHB(Advanced High Performance Bus)就是高性能高級(jí)總線(xiàn)就是高性能高級(jí)總線(xiàn)，一般速度最快；，一般速度最快；l APB(Advanced Peripheral Bus)就是外圍總線(xiàn)，一般通過(guò)轉(zhuǎn)就是外

5、圍總線(xiàn)，一般通過(guò)轉(zhuǎn)換橋橋掛在換橋橋掛在AHB總線(xiàn)上，速度一般低于總線(xiàn)上，速度一般低于AHB總線(xiàn)?？偩€(xiàn)。l 處理器的取指，運(yùn)算等一般都是掛在處理器的取指，運(yùn)算等一般都是掛在AHB總線(xiàn)上邊，保證總線(xiàn)上邊，保證速度最快；速度最快；GPIO，ADC等外設(shè)一般掛在等外設(shè)一般掛在APB總線(xiàn)上；總線(xiàn)上；l I-Code總線(xiàn)：總線(xiàn)：I指的就是指令指的就是指令I(lǐng)nstruction，I-Code就是就是32位指位指令總線(xiàn)，每次取令總線(xiàn)，每次取32位指令，所以在位指令，所以在Thumb狀態(tài)下，一次可狀態(tài)下，一次可以取以取2條指令。條指令。l D-Code總線(xiàn)：總線(xiàn)：D指的就是數(shù)據(jù)指的就是數(shù)據(jù)Data，D-Code

6、就是數(shù)據(jù)總線(xiàn)就是數(shù)據(jù)總線(xiàn)，同樣也是，同樣也是32位寬度；盡管我們?cè)陂_(kāi)發(fā)中可以使用非位寬度；盡管我們?cè)陂_(kāi)發(fā)中可以使用非4字字節(jié)對(duì)齊方式，但是在數(shù)據(jù)總線(xiàn)取數(shù)據(jù)時(shí)候一定是節(jié)對(duì)齊方式，但是在數(shù)據(jù)總線(xiàn)取數(shù)據(jù)時(shí)候一定是4字節(jié)對(duì)字節(jié)對(duì)齊，因此，齊，因此，32位的數(shù)據(jù)變量在處理過(guò)程中更加高效。位的數(shù)據(jù)變量在處理過(guò)程中更加高效。l 系統(tǒng)總線(xiàn)：負(fù)責(zé)指令和數(shù)據(jù)的傳送。也是系統(tǒng)總線(xiàn)：負(fù)責(zé)指令和數(shù)據(jù)的傳送。也是32位寬度。位寬度。l 外部私有外設(shè)總線(xiàn)：這是一條基于外部私有外設(shè)總線(xiàn)：這是一條基于APB總線(xiàn)的總線(xiàn)的32位寬度總位寬度總線(xiàn)，負(fù)責(zé)外設(shè)之間的訪(fǎng)問(wèn)。線(xiàn)，負(fù)責(zé)外設(shè)之間的訪(fǎng)問(wèn)。l 調(diào)試端口總線(xiàn)：作為調(diào)試端口，方便用戶(hù)開(kāi)

7、發(fā)調(diào)試。調(diào)試端口總線(xiàn)：作為調(diào)試端口，方便用戶(hù)開(kāi)發(fā)調(diào)試。1.3 內(nèi)核寄存器組織內(nèi)核寄存器組織l 如圖如圖1.2所示，所示，Cortex_M3內(nèi)核寄存器分為內(nèi)核寄存器分為16個(gè)通用寄存器個(gè)通用寄存器R0R15和和7個(gè)特殊功能寄存器。個(gè)特殊功能寄存器。1.2 寄存器組織圖l1.3.1 通用寄存器通用寄存器R0-R15l R0R12寄存器：是通用寄存器。在處理器運(yùn)行過(guò)程中，寄存器：是通用寄存器。在處理器運(yùn)行過(guò)程中，寄存數(shù)據(jù)。寄存數(shù)據(jù)。l R13為堆棧指針寄存器：堆棧指針是用于訪(fǎng)問(wèn)堆棧，也即為堆棧指針寄存器：堆棧指針是用于訪(fǎng)問(wèn)堆棧，也即系統(tǒng)的系統(tǒng)的RAM區(qū)。區(qū)。Cortex_M3中采用了兩個(gè)堆棧指針：主

8、堆中采用了兩個(gè)堆棧指針：主堆棧指針（棧指針（MSP）和進(jìn)程堆棧指針（）和進(jìn)程堆棧指針（PSP），），R13在任何時(shí)刻在任何時(shí)刻只能是其中一個(gè)，默認(rèn)情況為只能是其中一個(gè)，默認(rèn)情況為MSP，可以通過(guò)控制寄存器，可以通過(guò)控制寄存器（CONTORL）來(lái)改變。）來(lái)改變。Cortex_M3中堆棧方向是向低地址中堆棧方向是向低地址方向增長(zhǎng)，為滿(mǎn)堆棧機(jī)制。堆棧操作是通過(guò)方向增長(zhǎng)，為滿(mǎn)堆棧機(jī)制。堆棧操作是通過(guò)PUSH和和POP來(lái)來(lái)完成操作的。完成操作的。l 例如例如MSP當(dāng)前指針指向：當(dāng)前指針指向：0 x2000_000C；R0=0 x00000000。l 執(zhí)行：執(zhí)行：PUSH R0l 此時(shí)此時(shí)MSP指向：指向

9、：0 x2000_0008l 執(zhí)行示意如圖執(zhí)行示意如圖1.3所示。所示。1.3 堆棧操作示意圖堆棧操作示意圖l R14程序連接寄存器（程序連接寄存器（LR）：在執(zhí)行分支（）：在執(zhí)行分支（B）和鏈接（）和鏈接（BL）指令或帶有交換分支（）指令或帶有交換分支（BX）和鏈接指令（）和鏈接指令（BLX）時(shí)，）時(shí)，PC的返回地址自動(dòng)保存進(jìn)的返回地址自動(dòng)保存進(jìn)LR。比如在子程序調(diào)用時(shí)用保存子。比如在子程序調(diào)用時(shí)用保存子程序的返回地址。程序的返回地址。LR也用于異常返回，但是在這里保存的也用于異常返回，但是在這里保存的是返回后的狀態(tài)，不是返回的地址，異常返回是通過(guò)硬件是返回后的狀態(tài)，不是返回的地址，異常返回

10、是通過(guò)硬件自動(dòng)出棧彈出之前壓入的自動(dòng)出棧彈出之前壓入的PC完成的。完成的。l R15程序計(jì)數(shù)器（程序計(jì)數(shù)器（PC）：是程序運(yùn)行的基礎(chǔ)，具有自加的）：是程序運(yùn)行的基礎(chǔ)，具有自加的功能。該寄存器的位功能。該寄存器的位0始終為始終為0，因此，指令始終與字或半，因此，指令始終與字或半字邊界對(duì)齊。字邊界對(duì)齊。l1.3.2 特殊功能寄存器特殊功能寄存器l 特殊功能寄存器分為程序狀態(tài)寄存器、中斷屏蔽寄存器和特殊功能寄存器分為程序狀態(tài)寄存器、中斷屏蔽寄存器和控制寄存器三類(lèi)?？刂萍拇嫫魅?lèi)。l xPSR程序狀態(tài)寄存器：系統(tǒng)級(jí)的處理器狀態(tài)可分為程序狀態(tài)寄存器：系統(tǒng)級(jí)的處理器狀態(tài)可分為3類(lèi)，類(lèi)，應(yīng)用狀態(tài)寄存器（應(yīng)用

11、狀態(tài)寄存器（APSR）、中斷狀態(tài)寄存器（）、中斷狀態(tài)寄存器（IPSR）、執(zhí)）、執(zhí)行狀態(tài)寄存器（行狀態(tài)寄存器（EPSR），可組合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)），可組合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)32位的寄存位的寄存器，統(tǒng)稱(chēng)器，統(tǒng)稱(chēng)xPSR。表表1.1 xPSR寄存器寄存器l xPSR寄存器的各位的功能如寄存器的各位的功能如表表1.2 xPSR寄存器各位功能寄存器各位功能l 中斷屏蔽寄存器：分為三組，分別是中斷屏蔽寄存器：分為三組，分別是PRIMASK、FAULTMASK、BASEPRI。l PRIMASK為片上外設(shè)總中斷開(kāi)關(guān)，該寄存器只有位為片上外設(shè)總中斷開(kāi)關(guān)，該寄存器只有位0有效有效，當(dāng)該位為，當(dāng)該位為0是響應(yīng)所有外設(shè)中斷；

12、當(dāng)該位為是響應(yīng)所有外設(shè)中斷；當(dāng)該位為1時(shí)屏蔽所有時(shí)屏蔽所有片上外設(shè)中斷。片上外設(shè)中斷。l FAULTMASK寄存器管理系統(tǒng)錯(cuò)誤的總開(kāi)關(guān)，該寄存器中有寄存器管理系統(tǒng)錯(cuò)誤的總開(kāi)關(guān)，該寄存器中有位位0有效，當(dāng)該位為有效，當(dāng)該位為0時(shí)，響應(yīng)所有的異常；為時(shí)，響應(yīng)所有的異常；為1屏蔽所有屏蔽所有的異常。的異常。l BASEPRI寄存器用來(lái)屏蔽優(yōu)先級(jí)等于和小于某一個(gè)中斷數(shù)寄存器用來(lái)屏蔽優(yōu)先級(jí)等于和小于某一個(gè)中斷數(shù)值的寄存器。值的寄存器。l 控制寄存器：控制寄存器：CONTROL有兩個(gè)作用，其一用于定義處理器有兩個(gè)作用，其一用于定義處理器特權(quán)級(jí)別，其二用于選擇堆棧指針，如表特權(quán)級(jí)別，其二用于選擇堆棧指針，如

13、表1.3所示。所示。表表1.3 CONTROL寄存器寄存器l CONTROL0：異常情況下，處理器總是處于特權(quán)模式，：異常情況下，處理器總是處于特權(quán)模式，CONTROL0位總是為位總是為0；在線(xiàn)程模式情況下（非異常情況；在線(xiàn)程模式情況下（非異常情況），處理器可以工作在特權(quán)級(jí)也可工作在用戶(hù)級(jí)，該位可），處理器可以工作在特權(quán)級(jí)也可工作在用戶(hù)級(jí)，該位可為為0或或1。特權(quán)級(jí)下所有的資源都可以訪(fǎng)問(wèn)，而用戶(hù)級(jí)下被。特權(quán)級(jí)下所有的資源都可以訪(fǎng)問(wèn)，而用戶(hù)級(jí)下被限制的資源不能訪(fǎng)問(wèn)，比如限制的資源不能訪(fǎng)問(wèn)，比如MPU被限制的資源。被限制的資源。l CONTROL1：為：為0時(shí)，只使用時(shí)，只使用MSP，此時(shí)用戶(hù)程序

14、和異常，此時(shí)用戶(hù)程序和異常共享同一個(gè)堆棧，處理器復(fù)位后默認(rèn)的也是該模式。為共享同一個(gè)堆棧，處理器復(fù)位后默認(rèn)的也是該模式。為1時(shí)，用戶(hù)應(yīng)用程序使用進(jìn)程堆棧時(shí)，用戶(hù)應(yīng)用程序使用進(jìn)程堆棧PSP，而中斷任然得使用，而中斷任然得使用主堆棧主堆棧MSP。這種雙堆棧機(jī)制，特別適合在帶有。這種雙堆棧機(jī)制，特別適合在帶有OS（操作（操作系統(tǒng)）的環(huán)境下使用，只要系統(tǒng)）的環(huán)境下使用，只要OS內(nèi)核在特權(quán)級(jí)下執(zhí)行，而用內(nèi)核在特權(quán)級(jí)下執(zhí)行，而用戶(hù)應(yīng)用程序在用戶(hù)模式下執(zhí)行，就可很好的將代碼隔離互戶(hù)應(yīng)用程序在用戶(hù)模式下執(zhí)行，就可很好的將代碼隔離互不影響。不影響。1.4 處理器模式處理器模式l ARM Cortex-M3支持支

15、持2個(gè)模式和兩個(gè)特權(quán)等級(jí)。如圖個(gè)模式和兩個(gè)特權(quán)等級(jí)。如圖1.4所所示，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序中，程序代碼涉及異常服務(wù)程示，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序中，程序代碼涉及異常服務(wù)程序代碼和非異常服務(wù)程序代碼，這些代碼可以工作在處理序代碼和非異常服務(wù)程序代碼，這些代碼可以工作在處理器特權(quán)級(jí)也可以工作在用戶(hù)級(jí)級(jí)，但有區(qū)別。當(dāng)處理器處器特權(quán)級(jí)也可以工作在用戶(hù)級(jí)級(jí)，但有區(qū)別。當(dāng)處理器處在線(xiàn)程模式下時(shí)，既可以使用特權(quán)級(jí)，也可以使用用戶(hù)級(jí)在線(xiàn)程模式下時(shí)，既可以使用特權(quán)級(jí)，也可以使用用戶(hù)級(jí)；另一方面，；另一方面，handler模式總是特權(quán)級(jí)的。在復(fù)位后，處模式總是特權(quán)級(jí)的。在復(fù)位后，處理器進(jìn)入線(xiàn)程模式特權(quán)級(jí)。理器進(jìn)入線(xiàn)程

16、模式特權(quán)級(jí)。圖1.4 操作模式和特權(quán)等級(jí)l 在線(xiàn)程模式用戶(hù)級(jí)下，對(duì)系統(tǒng)控制空間（在線(xiàn)程模式用戶(hù)級(jí)下，對(duì)系統(tǒng)控制空間（SCS，0 xE000E0000 xE000EFFF，包括，包括NVIC、SysTick、MPU以及以及代碼調(diào)試控制所用的寄存器）的訪(fǎng)問(wèn)將被禁止。除此之外代碼調(diào)試控制所用的寄存器）的訪(fǎng)問(wèn)將被禁止。除此之外，還禁止使用，還禁止使用MRS/MSR訪(fǎng)問(wèn)，除了訪(fǎng)問(wèn)，除了APSR之外的特殊功能之外的特殊功能寄存器。如果操作，則對(duì)于訪(fǎng)問(wèn)特殊功能寄存器的，訪(fǎng)問(wèn)寄存器。如果操作，則對(duì)于訪(fǎng)問(wèn)特殊功能寄存器的，訪(fǎng)問(wèn)操作被忽略；而對(duì)于訪(fǎng)問(wèn)操作被忽略；而對(duì)于訪(fǎng)問(wèn)SCS空間的，將產(chǎn)生錯(cuò)誤?？臻g的，將產(chǎn)生錯(cuò)

17、誤。 l 在特權(quán)級(jí)下不管是任何原因產(chǎn)生了任何異常，處理器都將在特權(quán)級(jí)下不管是任何原因產(chǎn)生了任何異常，處理器都將以特權(quán)級(jí)來(lái)運(yùn)行其服務(wù)例程，異常返回后，系統(tǒng)將回到產(chǎn)以特權(quán)級(jí)來(lái)運(yùn)行其服務(wù)例程，異常返回后，系統(tǒng)將回到產(chǎn)生異常時(shí)所處的級(jí)別，同時(shí)特權(quán)級(jí)也可通過(guò)置位生異常時(shí)所處的級(jí)別，同時(shí)特權(quán)級(jí)也可通過(guò)置位CONTROL0來(lái)進(jìn)入用戶(hù)級(jí)。用戶(hù)級(jí)下的代碼不能再試圖修來(lái)進(jìn)入用戶(hù)級(jí)。用戶(hù)級(jí)下的代碼不能再試圖修改改CONTROL0來(lái)回到特權(quán)級(jí)。它必須通過(guò)一個(gè)異常來(lái)回到特權(quán)級(jí)。它必須通過(guò)一個(gè)異常handler，來(lái)修改，來(lái)修改CONTROL0，才能在返回到線(xiàn)程模式后，才能在返回到線(xiàn)程模式后進(jìn)入特權(quán)級(jí)。如圖進(jìn)入特權(quán)級(jí)。如圖

18、2.5所示。所示。圖圖1.6處理器模式轉(zhuǎn)換圖處理器模式轉(zhuǎn)換圖1.5 存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)l1.5.1 存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器映射l Cortex-M3采用了固定的存儲(chǔ)映射結(jié)構(gòu)，如圖采用了固定的存儲(chǔ)映射結(jié)構(gòu)，如圖1.7所示。所示。l Cortex-M3的地址空間是的地址空間是4GB, 程序可以在代碼區(qū)，內(nèi)部程序可以在代碼區(qū)，內(nèi)部SRAM區(qū)以及外部區(qū)以及外部RAM區(qū)中執(zhí)行。但是因?yàn)橹噶羁偩€(xiàn)與數(shù)區(qū)中執(zhí)行。但是因?yàn)橹噶羁偩€(xiàn)與數(shù)據(jù)總線(xiàn)是分開(kāi)的，最理想的是把程序放到代碼區(qū)，從而使據(jù)總線(xiàn)是分開(kāi)的，最理想的是把程序放到代碼區(qū)，從而使取指和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)各自使用己的總線(xiàn)。取指和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)各自使用己的總線(xiàn)。 圖圖1.7 Cor

19、tex-M3存儲(chǔ)器映射圖存儲(chǔ)器映射圖l 1.5.2 位帶操作位帶操作l 在在Cotex-M3存儲(chǔ)器映射中包括兩個(gè)位操作區(qū)。分別位于存儲(chǔ)器映射中包括兩個(gè)位操作區(qū)。分別位于SRAM和片上外設(shè)存儲(chǔ)區(qū)的最低和片上外設(shè)存儲(chǔ)區(qū)的最低1MB空間中。這兩個(gè)位帶空間中。這兩個(gè)位帶中的地址除了可以像普通的中的地址除了可以像普通的RAM一樣使用外，它們還都有一樣使用外，它們還都有自己的自己的“位帶別名區(qū)位帶別名區(qū)”，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè)，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè)32位的字形成位地址。當(dāng)你通過(guò)位帶別名區(qū)訪(fǎng)問(wèn)這些字時(shí)位的字形成位地址。當(dāng)你通過(guò)位帶別名區(qū)訪(fǎng)問(wèn)這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪(fǎng)問(wèn)原始比特的目的，其對(duì)應(yīng)關(guān)

20、系如圖，就可以達(dá)到訪(fǎng)問(wèn)原始比特的目的，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1.8所。所。 1.8 位操作對(duì)應(yīng)關(guān)系圖位操作對(duì)應(yīng)關(guān)系圖l 位地址與位別名對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)如下：位地址與位別名對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)如下：l 對(duì)于對(duì)于SRAM位帶區(qū)的某個(gè)位：位帶區(qū)的某個(gè)位：l 對(duì)于片上外設(shè)位帶區(qū)的某個(gè)位：對(duì)于片上外設(shè)位帶區(qū)的某個(gè)位：l 在上述表達(dá)式中，在上述表達(dá)式中，A表示要操作的位所在的字節(jié)地址，表示要操作的位所在的字節(jié)地址，n（0n7）表示位序號(hào)。）表示位序號(hào)。4)8)200000000(220000000nxAxAliasaddr432)200000000(220000000nxAx4)8)400000000(420000000nxAx

21、Aliasaddr432)400000000(420000000nxAxl 51單片機(jī)可以簡(jiǎn)單的將單片機(jī)可以簡(jiǎn)單的將P1口的第口的第2位獨(dú)立操作：位獨(dú)立操作： P1.2=0;P1.2=1 l 就是這樣把就是這樣把P1口的第三個(gè)腳（口的第三個(gè)腳（BIT2）置）置0置。現(xiàn)在置?，F(xiàn)在STM32的位段、位帶別名區(qū)就為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能。對(duì)象可以是的位段、位帶別名區(qū)就為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能。對(duì)象可以是SRAM,I/O外設(shè)空間。實(shí)現(xiàn)對(duì)這些地方的某一位的操作。在外設(shè)空間。實(shí)現(xiàn)對(duì)這些地方的某一位的操作。在尋址空間（尋址空間（32位地址是位地址是 4GB ）另一地方，取個(gè)別名區(qū)空間）另一地方，取個(gè)別名區(qū)空間，從這地址

22、開(kāi)始處，每一個(gè)字（，從這地址開(kāi)始處，每一個(gè)字（32BIT）就對(duì)應(yīng)）就對(duì)應(yīng)SRAM或或I/O的一位。的一位。 這樣呢，這樣呢，1MB SRAM就可以有就可以有32MB的對(duì)應(yīng)別的對(duì)應(yīng)別名區(qū)空間，就是名區(qū)空間，就是1位膨脹到位膨脹到32位（位（1BIT 變?yōu)樽優(yōu)?個(gè)字）。對(duì)這個(gè)字）。對(duì)這個(gè)別名區(qū)空間開(kāi)始的某一字操作，置個(gè)別名區(qū)空間開(kāi)始的某一字操作，置0或置或置1，就等于它映，就等于它映射的射的SRAM或或I/O相應(yīng)的某地址的某一位的操作。相應(yīng)的某地址的某一位的操作。l 如果使用位帶別名區(qū)操作如果使用位帶別名區(qū)操作 l STM32_BB_Gpioc_Regs-BSRR.BR4 =1;/ 1：清除對(duì)應(yīng)的

23、：清除對(duì)應(yīng)的ODRy位為位為0 l STM32_BB_Gpioc_Regs-BSRR.BS7 =1;/ 1：設(shè)置對(duì)應(yīng)的：設(shè)置對(duì)應(yīng)的ODRy位為位為1 1.6 異常異常l Cortex-M3有系統(tǒng)級(jí)異常和用戶(hù)級(jí)異常，系統(tǒng)異常一般包有系統(tǒng)級(jí)異常和用戶(hù)級(jí)異常，系統(tǒng)異常一般包括復(fù)位，硬件出錯(cuò)等，用戶(hù)級(jí)異常就是我們接觸過(guò)的外部括復(fù)位，硬件出錯(cuò)等，用戶(hù)級(jí)異常就是我們接觸過(guò)的外部中斷，定時(shí)器中斷等這類(lèi)異常；中斷，定時(shí)器中斷等這類(lèi)異常；Cortex-M3的異常理論上的異常理論上最多可分最多可分256級(jí)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)又分搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)又分搶占優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)，搶占優(yōu)先級(jí)高的中斷可以打斷搶占優(yōu)

24、先級(jí)低的中斷；級(jí)，搶占優(yōu)先級(jí)高的中斷可以打斷搶占優(yōu)先級(jí)低的中斷；搶占優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行子優(yōu)先級(jí)高的中斷，但是不搶占優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行子優(yōu)先級(jí)高的中斷，但是不會(huì)打斷正在執(zhí)行的同搶占優(yōu)先級(jí)中斷。優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越小會(huì)打斷正在執(zhí)行的同搶占優(yōu)先級(jí)中斷。優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高。，優(yōu)先級(jí)別越高。l 當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，處理器需要確定對(duì)應(yīng)異常的函數(shù)起始地當(dāng)有異常發(fā)生時(shí)，處理器需要確定對(duì)應(yīng)異常的函數(shù)起始地址，各個(gè)異常的函數(shù)起始地址都存儲(chǔ)在一個(gè)向量表中，每址，各個(gè)異常的函數(shù)起始地址都存儲(chǔ)在一個(gè)向量表中，每個(gè)地址占個(gè)地址占4字節(jié)，系統(tǒng)找到函數(shù)入口地址后就可調(diào)到異常字節(jié)，系統(tǒng)找到函數(shù)入口地址后就可調(diào)到異常代

25、碼處執(zhí)行對(duì)應(yīng)中斷函數(shù)；為了可以動(dòng)態(tài)重新分配中斷，代碼處執(zhí)行對(duì)應(yīng)中斷函數(shù)；為了可以動(dòng)態(tài)重新分配中斷，CM3允許可編程設(shè)置向量表基址，通過(guò)設(shè)置向量表偏移寄允許可編程設(shè)置向量表基址，通過(guò)設(shè)置向量表偏移寄存器存器存器存器VTOR即可設(shè)置向量表起始地址，當(dāng)設(shè)置在即可設(shè)置向量表起始地址，當(dāng)設(shè)置在RAM范圍內(nèi)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改中斷函數(shù)地址。范圍內(nèi)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)修改中斷函數(shù)地址。l VTOR寄存器：寄存器：l1.6.1 異常類(lèi)型異常類(lèi)型l 在在Cortex-M3中有一個(gè)與內(nèi)核緊耦合部件叫嵌套向量中斷中有一個(gè)與內(nèi)核緊耦合部件叫嵌套向量中斷控制器（控制器（NVIC，Nested Vectored Interr

26、upt Controller）,定定義了義了16種系統(tǒng)異常和種系統(tǒng)異常和240路外設(shè)中斷。通常芯片設(shè)計(jì)者可路外設(shè)中斷。通常芯片設(shè)計(jì)者可自由設(shè)計(jì)片上外設(shè)，因此具體的片上外設(shè)中斷都不會(huì)用到自由設(shè)計(jì)片上外設(shè)，因此具體的片上外設(shè)中斷都不會(huì)用到多達(dá)多達(dá)240路。路。l Cortex-M3中目前只有中目前只有11種系統(tǒng)異?？捎梅謩e是：系統(tǒng)復(fù)種系統(tǒng)異?？捎梅謩e是：系統(tǒng)復(fù)位、位、NMI（不可屏蔽中斷）、硬件故障、存儲(chǔ)器管理、總（不可屏蔽中斷）、硬件故障、存儲(chǔ)器管理、總線(xiàn)故障、用法故障、線(xiàn)故障、用法故障、SVCall（軟件中斷）、調(diào)試監(jiān)視器中（軟件中斷）、調(diào)試監(jiān)視器中斷、斷、PendSV(系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)

27、求)、SysTick（24位定時(shí)器中斷）位定時(shí)器中斷）。240路外設(shè)中斷，是指片上外設(shè)的各模塊，比如路外設(shè)中斷，是指片上外設(shè)的各模塊，比如I/O口、口、UART通信接口、通信接口、SSI總線(xiàn)接口等所需的中斷?？偩€(xiàn)接口等所需的中斷。l Cortex-M3的每一個(gè)異常都有一個(gè)編號(hào)，編號(hào)的每一個(gè)異常都有一個(gè)編號(hào)，編號(hào)0對(duì)應(yīng)正常工對(duì)應(yīng)正常工作模式，編號(hào)作模式，編號(hào)1255對(duì)應(yīng)各種異常；每一個(gè)異常都可分配對(duì)應(yīng)各種異常；每一個(gè)異常都可分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高，優(yōu)先級(jí)可以一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)值越小，優(yōu)先級(jí)別越高，優(yōu)先級(jí)可以為負(fù)。為負(fù)。l 其中其中115號(hào)異常為系統(tǒng)異常，號(hào)異常為系統(tǒng)異常，16

28、255都是外部中斷異常；都是外部中斷異常；在大部分情況下，開(kāi)發(fā)應(yīng)用中很少涉及到在大部分情況下，開(kāi)發(fā)應(yīng)用中很少涉及到1-15號(hào)異常的編號(hào)異常的編程處理，我們更關(guān)注的是程處理，我們更關(guān)注的是16-255號(hào)的外部異常。號(hào)的外部異常。l1.6.2 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)l Cortex-M3支持支持3個(gè)固定的高優(yōu)先級(jí)和多達(dá)個(gè)固定的高優(yōu)先級(jí)和多達(dá)256級(jí)的可編程級(jí)的可編程優(yōu)先級(jí)，并且支持優(yōu)先級(jí)，并且支持128級(jí)搶占，絕大多數(shù)芯片都會(huì)精簡(jiǎn)設(shè)級(jí)搶占，絕大多數(shù)芯片都會(huì)精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)際中支持的優(yōu)先級(jí)數(shù)會(huì)更少，如計(jì)，實(shí)際中支持的優(yōu)先級(jí)數(shù)會(huì)更少，如8級(jí)、級(jí)、16級(jí)、級(jí)、32級(jí)級(jí)等，通常的做法是裁掉表達(dá)優(yōu)先級(jí)的幾個(gè)低端有效位（防

29、等，通常的做法是裁掉表達(dá)優(yōu)先級(jí)的幾個(gè)低端有效位（防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)），以減少優(yōu)先級(jí)的級(jí)數(shù)。比如止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)），以減少優(yōu)先級(jí)的級(jí)數(shù)。比如Luminary的的芯片采用芯片采用8級(jí)優(yōu)先級(jí)。級(jí)優(yōu)先級(jí)。l Cortex-M3中中NVIC支持由軟件指定的可配置的優(yōu)先級(jí)（稱(chēng)支持由軟件指定的可配置的優(yōu)先級(jí)（稱(chēng)為軟件優(yōu)先級(jí)），其寄存器地址為：為軟件優(yōu)先級(jí)），其寄存器地址為：0 xE000_E400-0 xE000_E4EF。通過(guò)對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器的。通過(guò)對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器的8位位PRI_N區(qū)執(zhí)區(qū)執(zhí)行寫(xiě)操作，來(lái)將中斷的優(yōu)先級(jí)指定為行寫(xiě)操作，來(lái)將中斷的優(yōu)先級(jí)指定為0-255。硬件優(yōu)級(jí)隨。硬件優(yōu)級(jí)隨著中斷中的增加而降低。

30、著中斷中的增加而降低。0優(yōu)先級(jí)最高，優(yōu)先級(jí)最高，255優(yōu)先級(jí)最低。優(yōu)先級(jí)最低。指定軟件優(yōu)先級(jí)后，硬件優(yōu)先級(jí)無(wú)效。指定軟件優(yōu)先級(jí)后，硬件優(yōu)先級(jí)無(wú)效。l 為了對(duì)具有大量中斷的系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)先級(jí)控制，為了對(duì)具有大量中斷的系統(tǒng)加強(qiáng)優(yōu)先級(jí)控制，Cortex-M3支持優(yōu)先級(jí)分組，通過(guò)支持優(yōu)先級(jí)分組，通過(guò)NVIC控制，設(shè)置為占先優(yōu)先級(jí)和次控制，設(shè)置為占先優(yōu)先級(jí)和次優(yōu)先級(jí)?？赏ㄟ^(guò)應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器優(yōu)先級(jí)?？赏ㄟ^(guò)應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器SCB_AIRCR中中PRIGROUP位段用來(lái)控制優(yōu)先級(jí)的分組。如果位段用來(lái)控制優(yōu)先級(jí)的分組。如果有多個(gè)激活異常共用相同的組優(yōu)先級(jí)，則使用次優(yōu)先級(jí)區(qū)有多個(gè)激活異常共用相

31、同的組優(yōu)先級(jí)，則使用次優(yōu)先級(jí)區(qū)來(lái)決定同組中的異常優(yōu)先級(jí)，這就是同組內(nèi)的次優(yōu)先級(jí)來(lái)決定同組中的異常優(yōu)先級(jí)，這就是同組內(nèi)的次優(yōu)先級(jí)l 應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器SCB_AIRCR:l PRIGROUP共占共占3位，值的范圍是位，值的范圍是0-7，假如，假如PRIGROUP值為值為5，則每一個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)寄存器的，則每一個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)寄存器的6、7三位表示對(duì)應(yīng)三位表示對(duì)應(yīng)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)，其他位表示子優(yōu)先級(jí)；每一個(gè)中斷優(yōu)中斷的搶占優(yōu)先級(jí)，其他位表示子優(yōu)先級(jí)；每一個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器占先級(jí)寄存器占8位。位。l 理論上，優(yōu)先級(jí)可以分理論上，優(yōu)先級(jí)可以分256級(jí)，但是優(yōu)

32、先級(jí)分組規(guī)定子優(yōu)級(jí)，但是優(yōu)先級(jí)分組規(guī)定子優(yōu)先級(jí)至少占先級(jí)至少占1位，所以，搶占優(yōu)先級(jí)最多可占位，所以，搶占優(yōu)先級(jí)最多可占7位，最多可位，最多可分分128級(jí)。但并不是所有的級(jí)。但并不是所有的ARM內(nèi)核單片機(jī)都全部使用了內(nèi)核單片機(jī)都全部使用了8位優(yōu)先級(jí)寄存器，在實(shí)際單片機(jī)中，經(jīng)常只有位優(yōu)先級(jí)寄存器，在實(shí)際單片機(jī)中，經(jīng)常只有8級(jí)，級(jí)，16級(jí)級(jí)，32級(jí)等。級(jí)等。l 以以16級(jí)優(yōu)先級(jí)為例，優(yōu)先級(jí)之所以會(huì)只有級(jí)優(yōu)先級(jí)為例，優(yōu)先級(jí)之所以會(huì)只有16級(jí)，是因?yàn)樵诩?jí)，是因?yàn)樵贛3單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，只使用了優(yōu)先級(jí)寄存器單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，只使用了優(yōu)先級(jí)寄存器NVIC_IPRx的高的高4位；如果此時(shí)位；如果此時(shí)PRIGROUP值為值為5，則優(yōu)先級(jí)分組如下：，則優(yōu)先級(jí)分組如下：l 此時(shí)此時(shí)0-3位雖然沒(méi)有使用，但是位雖然沒(méi)有使用，但是PRIGROUP的值可以設(shè)為的值可以設(shè)為0-3之間的值，如果之間的值，如果PR