Cortex-M3：理解操作模式、特权级别及关键寄存器

本文档是对Cortex-M3处理器深入学习的一个小结，重点关注了该处理器的操作模式和特权级别。Cortex-M3是ARM公司针对微控制器市场设计的一款高性能、低功耗的内核，常用于STM32等嵌入式系统中，如LPC1768。 在Cortex-M3中，主要有两种操作模式：线程模式和处理程序模式（handler模式）。线程模式允许处理器在用户级或特权级运行，这意味着应用程序可以执行特权和非特权指令，而处理程序模式则是特权级的，主要用来处理异常和中断。在系统启动时，处理器默认处于线程模式下的特权级别。 处理器复位后，会进入线程模式加上特权级别，这有助于保护系统免受恶意代码的攻击。线程模式下的通用寄存器R0-R15是可配置的，但16位指令通常仅使用R0-R7，而32位的Thumb-2指令可以访问所有通用寄存器。特殊功能寄存器如堆栈指针R13（主堆栈指针MSP和进程堆栈指针PSP）、连接寄存器R14（用于存储返回地址）、以及程序计数器R15（PC）在程序执行中扮演重要角色。 堆栈管理在Cortex-M3中至关重要，通过R13实现，堆栈的上下溢出处理对于程序的正确性至关重要。连接寄存器R14在函数调用时用于保存当前指令的地址，以便函数返回时能够恢复执行流程。程序计数器R15不仅指向当前指令地址，由于流水线的存在，实际上返回的是下一条指令的地址。 文章还提到了Cortex-M3的寄存器组，包括程序状态寄存器组（PSR）等，这些寄存器用于控制和记录处理器的工作状态，如中断状态、处理器模式和异常标志等。通过理解这些操作模式和寄存器的功能，开发人员能更有效地编写和调试Cortex-M3的程序，充分利用其性能优势。 本篇小结提供了对Cortex-M3核心特性的深入了解，对从事ARM微控制器开发的工程师来说是一份宝贵的参考资料。