Cortex-M3处理器模式与特权级别转换详解

"处理器模式与特权级别转换-国家车联网产业标准体系建设指南(总体要求)，LPC178x.177x" 本文主要探讨了处理器模式与特权级别的转换，特别是针对Cortex-M3处理器的机制。在计算机系统中，处理器模式和特权级别是确保系统安全和稳定运行的关键要素。特权级别通常包括用户级（User）和特权级（Privileged），如管理模式（Supervisor Mode）或中断服务模式（Handler Mode）。用户级程序通常不具备直接访问硬件资源的权限，而特权级则可以。 程序清单2.4展示了如何从特权级切换到用户级。通过读取并修改CONTROL寄存器，将其中的位[0]设置为1，这会导致处理器模式从特权级转换为用户级。值得注意的是，一旦进入用户级，如果想要返回特权级，不能直接修改CONTROL寄存器，而是需要触发异常，使处理器进入特权模式，然后在此模式下更新CONTROL寄存器。 程序清单2.5演示了在特权级下如何修改CONTROL寄存器，通过清除位[0]，可以确保在异常处理结束后保持当前的特权级别。这个过程是由硬件自动管理的，确保了系统的安全性。 Cortex-M3处理器引入了双堆栈机制来防止系统堆栈被错误使用的应用程序破坏。应用程序使用线程模式下的程序状态寄存器（PSP，Process Stack Pointer），而操作系统内核使用主堆栈指针（MSP，Main Stack Pointer）。当发生异常时，硬件会自动切换堆栈指针，控制寄存器的位[0]决定了是否同时切换特权级别。如果CONTROL[0]=0，只有处理器模式会改变，而特权级别保持不变。 嵌入式系统是本文背景的基础，它们是集成在设备中的专用计算系统，具有特定的功能，广泛应用于各种领域。嵌入式处理器是这些系统的核心，根据功能和应用场景的不同，可以分为多种类型。嵌入式操作系统则是管理这些处理器和硬件资源的关键软件，它提供了任务调度、内存管理、中断处理等功能，保证了系统的高效运行。 LPC178x和LPC177x是微控制器系列，可能用于实现上述的处理器模式和特权级别转换机制。这些微控制器通常集成了Cortex-M3内核，因此上述关于Cortex-M3的描述对理解这些芯片的操作至关重要。在设计和开发基于这些微控制器的嵌入式系统时，理解处理器模式和特权级别的转换规则对于编写安全、可靠的代码尤为关键。