Cortex-M3处理器：程序计数器R15与流水线技术解析

"程序计数器R-Cortex-M3学习小结" Cortex-M3是ARM公司的一种32位微处理器内核，广泛应用于嵌入式系统设计，如LPC1768和STM32等芯片。这款内核采用的是Thumb-2指令集，提供了高效的代码执行和低功耗特性。 在Cortex-M3中，R15寄存器扮演着程序计数器（Program Counter, PC）的角色。在汇编语言编程中，通常称为"PC"。由于Cortex-M3内部采用了指令流水线技术，当读取PC寄存器时，返回的值实际上是当前执行指令地址加4，这是因为处理器已经提前预取了下一条指令。例如，如果一条指令位于地址0x1000，那么读取PC时会得到0x1004，这是因为下一条指令预期在0x1004位置。 除了R15，Cortex-M3还有其他寄存器，如R0到R12作为通用寄存器，其中R0到R7常用于16位指令，而R8到R12及R14在32位Thumb-2指令中可被全部访问。R13作为堆栈指针，分为两个：主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。MSP是默认堆栈指针，用于操作系统内核、异常处理和特权级代码，而PSP则适用于常规应用程序代码。R14是连接寄存器（Link Register, LR），在子程序调用时保存返回地址，确保函数返回到正确的位置。 Cortex-M3的操作模式包括线程模式和处理机模式，线程模式可以运行在用户或特权级别，而处理机模式（如异常和中断处理）总是特权级别。复位后，处理器会进入线程模式下的特权级别。 在异常和中断处理方面，Cortex-M3有一个精心设计的机制，允许处理器在执行任务的同时响应外部事件。这些事件可以是硬件中断或软件触发的异常，它们会切换处理器进入handler模式，改变程序流程。 此外，Cortex-M3基于Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA)总线结构，包含高级高速总线接口（AHB）和先进外围总线（APB），这些总线协议允许高效地连接和通信不同的片上组件，如内存和外设。 与早期的ARM7架构相比，Cortex-M3提供更高级别的集成，更小的封装尺寸，更高的性能，更低的功耗，并且特别优化了实时响应能力。这些特性使其成为许多嵌入式应用的理想选择。