Cortex-M3：32位处理器的特性和寄存器解析

"Cortex-M3微控制器的基础特性与传统单片机的区别" Cortex-M3是ARM公司设计的一种32位微处理器内核，它在架构上与传统的单片机和ARM架构有所区别。传统的ARM架构通常从0地址开始执行第一条跳转指令，而在Cortex-M3中，0地址处存放的是主堆栈指针（MSP）的初始值，紧接着是向量表，向量表中的32位地址指示复位后应执行的指令。 Cortex-M3采用哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，这使得取指和数据访问可以并行进行，不互相干扰，从而提高了系统的执行效率。该处理器包含16个通用寄存器R0到R15，其中R0到R7在多数Thumb指令中可直接访问。R13作为堆栈指针，Cortex-M3还支持两个堆栈指针：主堆栈指针（MSP）用于系统内核和异常处理，而进程堆栈指针（PSP）则供应用程序使用。R14是连接寄存器，用于存储子程序返回地址，提高调用效率。R15则是程序计数器（PC），指示当前执行的程序地址。 在Cortex-M3中，还有一系列特殊功能寄存器，如程序状态字寄存器组（PSRs），包括应用程序PSR（APSR）、中断号PSR（IPSR）和执行PSR（EPSR），这些寄存器可以单独或组合访问。此外，还有中断屏蔽寄存器（如PRIMASK和FAULTMASK）以及控制寄存器（CONTROL），这些寄存器允许对中断和处理器运行模式进行精细控制。 Cortex-M3的操作模式包括线程模式和 Handler 模式，线程模式用于正常程序执行，而Handler模式在发生异常或中断时切换到，确保异常处理的正确执行。特权级别分为特权级（privileged）和用户级（user），其中特权级可以访问所有内存区域和控制寄存器，而用户级则受到限制。 在存储器映射方面，Cortex-M3允许灵活配置不同的外设和内存区域，通过总线接口与系统其他组件交互。其指令集是Thumb-2，是Thumb指令集的一个扩展，提供了高效的16位和32位混合指令，优化了代码密度和执行效率。 在复位时，Cortex-M3会按照向量表中的地址开始执行，通常是初始化过程，然后进入用户程序。整个复位流程包括设置堆栈指针、初始化处理器状态等步骤，确保系统能够正确启动。 Cortex-M3作为一种32位微控制器内核，具备高效、灵活和强大的特性，适用于各种嵌入式应用，如物联网设备、消费电子产品、工业控制系统等。其与传统单片机的主要差异在于架构、指令执行机制、中断处理以及寄存器的使用方式，这些特性使其在性能和功耗之间取得了良好的平衡。