Cortex-M3中断与异常处理详解

"本文主要介绍了Cortex-M3微处理器在中断输入及悬起行为方面的知识，结合相关概念和寄存器组进行深入讲解。" Cortex-M3是ARM公司设计的一种高效能、低功耗的32位微处理器核心，广泛应用于嵌入式领域，如LPC1768和STM32等芯片。它具有多种特性，包括汇编指令集、AMBA总线（AHB和APB）、流水线技术、异常和中断处理机制，以及与ARM7的比较。 在中断输入及悬起行为方面，Cortex-M3有以下特点： 1. 当一个中断输入脚被激活（asserted）后，对应的中断请求会被标记为悬起状态。即使中断源随后撤销了中断请求，已标记的中断仍然会保留，等待系统处理。这是因为Cortex-M3处理器有中断优先级的概念，只有在当前执行的任务完成或者更高优先级的中断出现时，才会响应这个悬起的中断。 2. 中断的响应取决于中断控制器的状态。如果在中断被响应之前，处理器的中断全局禁止位（如PRIMASK或FAULTMASK）被设置，那么即使中断悬起，也会被取消。这允许软件在必要的时候控制中断的处理，例如在关键任务执行期间禁用中断以避免被打断。 Cortex-M3的操作模式和特权级别也是中断处理的重要部分： - 处理器有线程模式和处理器模式两种状态，线程模式下可以运行用户级和特权级代码，而处理器模式（如handler模式）始终处于特权级。 - 复位后，处理器默认进入线程模式的特权级。 寄存器组在中断处理中扮演关键角色： - R13作为堆栈指针，分为主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。MSP通常用于操作系统内核、异常服务例程，而PSP则服务于常规应用程序代码。 - R14是连接寄存器（LR），在子程序调用时保存返回地址，确保正确返回到调用位置。 - R15是程序计数器（PC），在读取时返回当前指令地址加4，以支持指令流水线技术。 此外，Cortex-M3的特殊功能寄存器（SFR）包括程序状态寄存器组（PSRs），这些寄存器控制处理器状态，如中断使能状态、条件码标志等，对中断处理至关重要。 在异常和中断处理中，Cortex-M3有多个异常等级，每个异常都有相应的向量地址，用于跳转到处理异常的代码。处理器在进入异常模式时会自动保存一些寄存器的内容到堆栈，以便在异常处理完成后恢复现场。 Cortex-M3的中断处理机制是其高效运行的关键组成部分，它允许处理器在执行任务的同时响应外部事件，同时提供了灵活的控制手段来管理中断的激活和处理。理解和掌握这些机制对于开发基于Cortex-M3的嵌入式系统至关重要。