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Cortex-M3 系列处理器是基于 ARMv7-M 架构的处理器，应用非常广泛，为了能够深入的分析在此平台上跑 RTOS 的各种细节，所以有必要写一篇关于 CM3 处理器的结构相关的文章（CM4 类似），在 OS 调度初始化、系统调用、进程调度等方面的细节均是和具体处理器息息相关，所以先让我们来看看 CM3 处理器的一些特征；

1、寄存器组

如下所示，CM3 处理器拥有 R0~R15 一共 16 个内部寄存器，其中：

R0~R12 称之为通用寄存器。在这 13 个寄存器中，根据指令集访问的特性，R0~R7 是所有指令都可以访问，而 R8~R12 只有很少的 16 位的 Thumb 指令可以访问，32 位的 Thumb-2 不受限制；

R13 默认情况下被用做堆栈指针；堆栈指针分为 MSP 和 PSP，后面会详细描述；

R14 默认情况作为 LR，也就是链接寄存器，当程序调用其他函数后，此寄存器保存了返回地址，使得子程序执行完毕后，得以返回；

R15 默认作为 PC 指针；

2、特殊功能寄存器组

CM3 中，除了上述 16 个寄存器以外，还有几个特殊的寄存器组：

xPSR：状态寄存器；

PRIMASK：中断屏蔽寄存器；

FAULTMASK：中断屏蔽寄存器；

BASEPRI：中断屏蔽寄存器，按照优先级进行屏蔽；

CONTROL：处理器模式和堆栈选择；

他们的含义如下：

 下面我们一个一个看

2.1、xPSR

xPSR 是 Program Status Register 程序状态寄存器的意思，前面有个 x 代表他是由 3 个小的寄存器构成：

APSR：应用程序状态寄存器；

IPSR：中断程序状态寄存器；

EPSR：执行程序状态寄存器；

它们 3 个一起叫做程序状态寄存器，xPSR 的组成是 32 位的寄存器，在这 32 位中，APSR、IPSR、EPSR 各占一部分：

蓝色部分是 APSR，占领了高 27bit ~ 31bit

紫色部分是 EPSR，占领了高 9bit ~ 26bit

绿色部分是 IPSR，占领了低 0bit ~ 8bit

如果写汇编的话呢，APSR 的 N、Z、C、V、Q 这些标志会被使用到，详见指令集部分；

IPSR 中存储了当前服务的中断号；

2.2、PRIMASK

这个是只有单一 bit 的寄存器。当它被置位 1 后，就关掉了所有可屏蔽的异常（中断），只剩下 NMI 和 HardFault 可以响应。缺省值是 0，表示没有屏蔽中断；

PRIMASK 也可以叫一级中断开关，这里值得注意的是，即便是通过 PRIMASK 写 1 屏蔽了中断，但是中断依然会在门外被 Pending 住，只不过得不到执行，如果在 PRIMASK 为 1 的情况下，有中断在外 Pending 了，此刻往 PRIMASK 写 0，那么立马会进入 ISR；也就是说，PRIMASK 只是屏蔽掉中断，而并不是不让中断源产生中断！

2.3、BASEPRI

这个寄存器最多有 9 bit（由表达优先级的位数决定）。它定义了被屏蔽优先级的阈值；换言之，当这个寄存器被设置某个数值后，所有优先级号大于等于该值的中断都被关闭（优先级号越大，优先级越低）；默认值是0，也就是不关闭任何中断；

2.4、FAULTMASK

这也是只有 1 bit 的寄存器，当设置为 1 的时候，只有 NMI 才能够响应，其他所有的异常，甚至是 HardFault 也不响应，默认值是 0，也就是都响应；

2.5、CONTROL

根据名字就知道，这是个控制寄存器，这个控制寄存器由两个 bit 构成，我们称之为 CONTROL[0] 和 CONTROL[1]；

CONTROL[0]  用来指明运行的 CPU 的特权级别；

CONTROL[1] 用来指明使用的堆栈类型；

稍后会对堆栈指针和 CPU 特权级别以及线程模式/Handler 模式做说明；

2.6、特殊寄存器组访问方式

上述的特殊寄存器组 xPSR、PRIMASK、FAULTMASK、BASEPRI 以及 CONTROL 都是 CM3 内核的寄存器，CM3 定义的访问他们的方式是只能通过 MRS 和 MSR 指令，比如：

MRS R0, BASEPRI ; 读取 BASEPRI 到 R0
MRS R0, FAULTMASK ; 读取 FAULTMASK 到 R0
MRS R0, PRIMASK ; 读取 PRIMASK 到 R0
MRS R0, CONTROL ; 读取 CONTROL 到 R0

MSR BASEPRI, R0 ; 将 R0 写入 BASEPRI
MSR FAULTMASK, R0 ; 将 R0 写入 FAULTMASK
MSR PRIMASK, R0 ; 将 R0 写入 PRIMASK
MSR CONTROL, R0 ; 将 R0 写入 CONTROL

其实，为了快速的开关中断，CM3 还专门定义了一条叫 CPS 的指令，有如下 4 种用法：

 CPSID I ;PRIMASK=1, ;关中断 

CPSIE I ;PRIMASK=0, ;开中断

CPSID F ;FAULTMASK=1 ;关异常

CPSIE F ;FAULTMASK=0 ;开异常

3、处理器工作模式

在 2.5、CONTROL 章节提到了工作模式和特权等级这里就需要说明一下 CM3 处理器的工作模式和特权等级做一下说明；

3.1、运行等级

CM3 有两种运行等级：

1、特权等级；

2、用户等级；

Cortex-M3 处理器

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原文地址：https://www.cnblogs.com/god-of-death/p/14856578.html