本文首发于稀土掘金。该平台的作者 逐光而行 也是本人。

处理器工作模式

模式介绍

支持两种模式（线程模式、Handler模式）+两个特权等级（特权级，用户级），共能组成三种组合。如下图所示：

箭头表示复位后首先进入的状态

模式切换

为什么要有多种模式？控制对一些资源的访问

处理器工作状态

(内核最核心的两部分）

• (Thumb-2)指令工作状态
• 调试工作状态

中断

NVIC

• 支持高优先级中断抢先进行。
• 支持响应多种不同外部事件。
• 程序可在运行时对中断的优先级进行动态调整。
• 缩短了中断延迟

• 中断可屏蔽

  • 设置BASEPRI寄存器，屏蔽优先级低于某阈值的中断；
  • 设置PRIMASK和FAULTMASK寄存器进行全体封杀。

• NVIC支持总共256种异常和中断（芯片设计商通过修改源代码真正生产出来的可能没这么多，常不到240个）

  • 1-15对应系统异常，大于等于16为外部中断。
  • 有一个非屏蔽中断

如何设置STM32中断的优先级

Cortex-M3定义了8个二进制位描述优先级，STM32只使用了4位。

| 优先级组别  | 抢占式优先级|  副优先级  |
| -------- | -----:   | :----: |
| 4       | 4位/16级    |  0位/0级  |
| 3       | 3位/8级     |  1位/2级  |
| 2       | 2位/4级     |  2位/4级  |
| 1       | 1位/2级     |  3位/8级  |
| 0       | 0位/0级     |  4位/16级  |

即如下图所示：

向量表

在发生中断并作出响应时，可从表中查询与中断对应的处理例程的入口地址向量。

向量表的起始处须包含：

• MSP的初始值
• 复位向量
• NMI
• 硬fault服务例程

几点注意事项

• 地址0的值不能在运行时改变，因为存储的是引导代码
• 起始地址有要求，必须先求出系统共有多少个向量，再把该数字向上增大到2的整次幂，而起始地址必须对齐到后者的边界上。
• 允许从其他地址处开始定位各异常向量（即向量表重定位）。

这些区域可以是代码区或RAM区

• 在RAM区就可修改向量的入口地址（通过NVIC地址0xE000_ED08处的值）

中断的具体行为

前两种如图标记的：

第三种：特权handler本身的如下状态也会引起异常（中断）：

• 嵌套
• 非抢占
• 两者的结合情况，如咬尾中断（后到优先级低）、迟到中断（后到优先级高）

合法的EXEC_RETURN值及功能

| EXEC_RETURN |功能| 
| -------- | -----:   |
| 0xFFFF_FFF1| 返回handler模式    |
| 0xFFFF_FFF9| 返回特权线程模式，并使用主堆栈   | 
| 0xFFFF_FFFD | 返回用户线程模式，并使用线程堆栈     | 

中断嵌套控制

一些原则：

• 系统正在处理某异常时，优先级不高于它的异常都不能抢占它，且它自己也不能抢占自己。
• 自动入栈和出栈

注意事项

• 堆栈溢出

所有服务例程都只使用主堆栈。每嵌套一级，至少再需要8个字的堆栈空间。
如果嵌套层次太深~

• 相同异常不可重入。

对于同一优先级的多个异常，只有上个实例的服务例程执行完毕后，方可继续响应新的请求。

高级中断操作

咬尾中断

• 问题背景：

处理器响应a异常时，若又发生b异常，但b的优先级不够高，则被阻塞。在中断返回过程中，POP和PUSH涉及的系统现场一致，浪费了CPU的时间。

• 解决思路：“后一个异常把前一个的尾巴咬了”

继续使用上一个异常已经push好的系统现场，本次异常完成后才恢复现场。
前后只执行一次入栈/出栈操作

晚到中断

• 时机

对某异常的相应序列还在入栈阶段，尚未执行其服务例程时，本次入栈后即执行高优先级的服务例程。