ARM CORTEX-M3 内核架构理解归纳

在我看来，Cotex-M3内核的主要包括：嵌套向量中断控制器（NVIC），取值单元，指令译码器，算数逻辑单元（ALU），寄存器组，存储器映射（4GB统一编址各区域功能的划分与界定），对于开发者而言，其实主要关注的主要分为三大块：

1、寄存器组2、地址功能划分映射3、中断机制（NVIC）。

1）寄存器组

Cortex-M3内核共有19组32位寄存器：

R0——R12（通用寄存器）；

低寄存器组R0——R7

32位Thumb-2指令与16位Thumb指令均可访问

高寄存器组R8——R12

32位Thumb-2指令与极少数16位Thumb指令可访问

R13（堆栈指针寄存器）；

主堆栈寄存器MSP（main-SP）/进程堆栈寄存器PSP（Process-SP）同一时间只能使用其中一个。MSP供操作系统内核及中断（异常）处理子程序使用，PSP只供用户的应用程序代码使用（详细使用详见3、嵌套向量中断控制器（NVIC）的总结）。

堆栈指针是4字节对齐的，故最低两位永远是00；

R14（连接寄存器）

用于存储程序返回的地址及PC的返回地址；

R15（程序寄存器）指向当前程序执行的地址；

2）特殊功能寄存器组

xPSR（程序状态字寄存器组），32位，可分为三个寄存器分别进行访问，也可以PSR或xPSR的名字直接组合访问。

应用程序PSR(APSR)

中断号PSR(IPSR)

执行PSR (EPSR)

中断屏蔽寄存器

PRIMASK单一比特位，置位后，除NMI与硬fault外，其他中断都不响应；

FAULTMASK单一比特位，置位后，除NMI外，其他中断都不响应；

BASEPRI共有9位，中断号小于等于该寄存器设置值的中断都不响应；

控制寄存器control

Control[0]0决定特权级线程模式；1用户级线程模式；

Control[1]0主堆栈；1进程堆栈；

控制寄存器只能在特权级模式下改写，handler模式永远是特权级，且只允许使用主堆栈MSP

复位后，处理器进入特权级+线程模式下；

2、地址功能划分映射

Cortex-m3是一个32位处理器，其地址总线、数据总线都是32位的，故可在4G的地址范围上资源寻址。Cortex-m3内核把4G空间划定了基本的框架，定义不同的使用用途。

0x0000 0000 ----0x1FFF FFFF (512MB)该区域为code区（flash区），供指令总线与数据总线取指取数使用；可以执行指令；

0x2000 0000 ----0x3FFF FFFF (512MB)该区域为片上SRAM区，芯片制造商可在此布设RAM，可以将代码复制到此处运行，该区域也是可以执行指令code的；低1MB空间可位寻址，通过位带别名可扩展为32Mb的位寻址。

0x4000 0000 ----0x5FFF FFFF (512MB)该区域为“片上外设”区 ，主要为片上外设的相关寄存器，即特殊功能寄存器区，同理低1MB也可位寻址；该区域不可执行代码；

0x6000 0000 ----0x9FFF FFFF（1G）该区域为片外RAM区，该区域可执行代码；

0xA000 0000 ----0xDFFF FFFF（1G）该区域为片外外设区，该区域不可执行代码；

0xE000 0000 ----0xFFFF FFFF（1G）该区域为系统区，该区域不可执行代码；

所以不同地址片段的起始地址可简记为：0，2,4,6,10，E，

该系统区又分为两部分：

内部私有外设区0xE000 0000 ----0xE003 FFFF（256KB）主要有NVIC,FPB,DWT，ITM等

外部私有外设区0xE004 0000 ----0xE00F FFFF（512+256=768KB）有ROM表，ETM,TPIU等

数据的大小端模式：CM-3既支持大端模式也支持小端模式，其中对于大端模式，ARM7中使用的是字不变大端模式，CM3中则为字节不变大端模式。虽说大小端模式都支持，但依然建议在绝大多数情况下使用小端模式，如果一些外设是大端模式，可以通过REV/REVH指令便可轻松完成端模式的转换。

3、中断机制（NVIC）

既然称之为MCU而非MPU，那么就是以控制为主，控制的一个关键指标就是实时性，能够及时对变化的情况作出反应，而这主要是通过中断机制来完成的，可以说除却运算性能，cortex-M3内核的主要修为都体现在控制的实时性上——也即中断的即时响应机制。

CM3对中断是怎么定义的呢？

一个是CM3内核异常导致当前运行程序的中断，一个是外部事件引入导致的。

系统异常主要是CM3内核层面的，复位，NMI，硬fault，这三者优先级固定且最高，此外还有总线fault、内存管理fault、用法fault等，svc系统调用服务、systick等的优先级可以通过编程来设定；这些都放在一个向量表里，存储的是中断服务函数的入口地址，32位，共256项，前16个是系统内的中断，除去保留位，系统中断共有16-5-1=10个，剩余240个外部中断IRQ，其中有三个的优先级是固定的：复位，NMI，硬fault，中断号分别为-3，-2，-1，中断号越小，优先级也就越高，其他优先级都是可编程的。此外，对于复位启动过程，M3内核的MCU与传统的单片机复