Cortex-M3权威指南Cn第八章——笔记

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在cortex m3 中，中断(异常)常用寄存器

在Cortex-M3中，异常和中断的管理涉及多个寄存器，主要属于嵌套向量中断控制器（NVIC）和系统控制块（SCB）。以下是一些重要的寄存器及其具体作用的详细描述：

一、 NVIC寄存器组（地址范围：0xE000E100 - 0xE000E4FF）

中断使能寄存器（Interrupt Enable Registers）
- NVIC_ISER0 - NVIC_ISER7（Interrupt Set-Enable Registers）：每个位对应一个中断，写1到某位可使能相应的中断。这些寄存器用于使能中断。
- NVIC_ICER0 - NVIC_ICER7（Interrupt Clear-Enable Registers）：每个位对应一个中断，写1到某位可禁用相应的中断。这些寄存器用于禁用中断。
中断悬挂寄存器（Interrupt Pending Registers）
- NVIC_ISPR0 - NVIC_ISPR7（Interrupt Set-Pending Registers）：每个位对应一个中断，写1到某位可以将相应中断的状态设置为悬挂（等待处理）。
- NVIC_ICPR0 - NVIC_ICPR7（Interrupt Clear-Pending Registers）：每个位对应一个中断，写1到某位可以清除相应中断的悬挂状态。
中断活动状态寄存器（Interrupt Active Status Registers）
- NVIC_IABR0 - NVIC_IABR7（Interrupt Active Bit Registers）：每个位对应一个中断，为1表示相应的中断正在被处理（活动状态）。这些寄存器是只读的。
中断优先级寄存器（Interrupt Priority Registers）
- NVIC_IPR0 - NVIC_IPR31（Interrupt Priority Registers）：每个中断对应一个8位的优先级字段（但通常只使用高4位）。这些寄存器用于设置每个中断的优先级，优先级数值越小，优先级越高。
软件触发中断寄存器（Software Trigger Interrupt Register）
- NVIC_STIR（Software Trigger Interrupt Register）：通过向此寄存器写入中断编号，可以软件触发相应的中断。

二、 SCB寄存器组（地址范围：0xE000ED00 - 0xE000ED3F）

中断控制与状态寄存器（Interrupt Control and State Register）
- SCB_ICSR （Interrupt Control and State Register）：提供异常处理的控制和状态信息。主要位段包括：
  - VECTACTIVE：当前正在处理的中断或异常的编号。
  - VECTPENDING：当前悬挂的最高优先级中断或异常的编号。
  - ISRPENDING：表示是否有外部中断处于悬挂状态。
  - PENDSTSET, PENDSTCLR：分别用于悬挂和清除SysTick异常。
  - PENDSVSET, PENDSVCLR：分别用于悬挂和清除PendSV异常。
  - NMIPENDSET：NMI（不可屏蔽中断）的悬挂位。
向量表偏移寄存器（Vector Table Offset Register）
- SCB_VTOR（Vector Table Offset Register）：指定异常向量表的起始地址。复位后为0，向量表位于0地址。可以将其重定位到其他地址（如RAM或Flash的特定区域）。
应用中断与复位控制寄存器（Application Interrupt and Reset Control Register）
- SCB_AIRCR （Application Interrupt and Reset Control Register）：用于控制中断优先级分组和系统复位。主要位段包括：
  - PRIGROUP：用于设置中断优先级分组（即将一个8位的优先级寄存器划分为抢占优先级和子优先级两部分）。
  - SYSRESETREQ：写1可请求系统复位。
  - VECTCLRACTIVE：在调试时用于清除活动的中断状态。
  - ENDIANNESS：指示处理器的字节序（只读）。
系统异常优先级寄存器（System Handler Priority Registers）
- SCB_SHPR1 - SCB_SHPR3（System Handler Priority Registers）：用于设置系统异常的优先级。系统异常（如SVCall、PendSV、SysTick等）的优先级可以通过这些寄存器设置。
系统异常控制与状态寄存器（System Handler Control and State Register）
- SCB_SHCSR（System Handler Control and State Register）：用于使能系统异常（如用法错误、总线错误、内存管理错误等）以及查询其状态。例如，可以查询当前是否有悬挂的系统异常。

三、 SysTick寄存器（系统定时器，属于系统异常）

SysTick控制和状态寄存器（SysTick Control and Status Register）
- SysTick_CTRL ：控制SysTick定时器的行为和状态。主要位包括：
  - ENABLE：使能SysTick定时器。
  - TICKINT：使能SysTick中断（当计数器减到0时产生异常）。
  - CLKSOURCE：选择时钟源（系统时钟或外部参考时钟）。
  - COUNTFLAG：当计数器减到0时置1，读取该寄存器后清零。
SysTick重载值寄存器（SysTick Reload Value Register）
- SysTick_LOAD：设置SysTick定时器重载值。当计数器减到0后，下次计数将从该值开始。
SysTick当前值寄存器（SysTick Current Value Register）
- SysTick_VAL：读取当前计数器的值。写操作会清零该寄存器，同时清除COUNTFLAG标志。

四、特殊寄存器（通过MRS/MSR指令访问）

程序状态寄存器（Program Status Register）
- xPSR：组合了应用程序状态寄存器（APSR）、中断状态寄存器（IPSR）和执行状态寄存器（EPSR）。其中IPSR包含了当前正在处理的中断或异常的编号。
优先级屏蔽寄存器（Priority Mask Registers）
- PRIMASK：写1可禁止所有可屏蔽中断（即设置为最高优先级，阻止中断）。
- FAULTMASK：写1可禁止所有中断和异常（除了NMI）。
- BASEPRI：设置一个优先级阈值，只有优先级高于此阈值的中断才能被响应。
控制寄存器（Control Register）
- CONTROL：控制处理器的操作模式和堆栈选择。例如，可以切换为使用进程堆栈（PSP）而不是主堆栈（MSP）。

在cortex m3 中，NVIC寄存器组

1. 中断使能寄存器（Interrupt Enable Registers）
地址范围 ：0xE000E100 - 0xE000E11C

NVIC_ISER0 ：0xE000E100 - 控制中断0-31
NVIC_ISER1 ：0xE000E104 - 控制中断32-63
NVIC_ISER2 ：0xE000E108 - 控制中断64-95
... 以此类推，直到 NVIC_ISER7 ：0xE000E11C - 控制中断224-239
NVIC_ICER0-7 地址：0xE000E180 - 0xE000E19C
与ISER地址偏移0x80，保持相同的分组结构
读写规则：
写操作：向某位写1执行相应功能（使能或禁用），写0无效
读操作：返回当前使能状态，1=已使能，0=已禁用
特性：ISER和ICER是配对寄存器，确保操作原子性。当需要修改中断使能状态时，不会被其他中断打断
中断号映射示例：

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中断号 = 37 的映射计算：
  寄存器索引 = 37 / 32 = 1（使用ISER1/ICER1）
  位位置 = 37 % 32 = 5（第5位）
访问地址：0xE000E104（ISER1）的第5位

详细功能：

ISER：使能中断，使中断可被处理器响应
ICER：禁用中断，即使中断发生也不会被处理
关键点：禁用中断不会清除悬挂状态，中断信号仍可能被悬挂

2. 中断悬挂寄存器（Interrupt Pending Registers）
地址范围 ：0xE000E200 - 0xE000E21C（ISPR）
NVIC_ICPR0-7 地址：0xE000E280 - 0xE000E29C
读写规则：

写操作：向某位写1设置或清除悬挂状态，写0无效
读操作：返回当前悬挂状态，1=中断正在悬挂等待处理
重要特性 ：
- 中断源产生中断信号时，硬件自动设置对应悬挂位
- 即使中断被禁用（ICER），悬挂位仍可被设置
- 软件可手动设置悬挂位来模拟中断
  详细功能：
ISPR：手动悬挂中断，强制中断进入等待处理队列
ICPR ：清除悬挂状态，通常用于：
- 中断服务完成后清除状态
- 丢弃不需要处理的悬挂中断
- 软件调试时重置中断状态

3. 中断活动状态寄存器（Interrupt Active Status Registers）
地址范围 ：0xE000E300 - 0xE000E31C
读写规则：

只读寄存器：软件只能读取，不能写入
读操作：返回1表示中断正在执行（从进入ISR到中断返回期间）
自动管理 ：硬件自动设置和清除活动位
详细功能：
实时反映中断执行状态
用于诊断和调试，了解系统中断活动情况
结合悬挂寄存器，可判断中断处理的延迟和积压

4. 中断优先级寄存器（Interrupt Priority Registers）
地址范围 ：0xE000E400 - 0xE000E4EC
组织方式：

共32个寄存器（IPR0-IPR31）
每个寄存器32位，分为4个8位字段
每个8位字段对应一个中断的优先级
中断号到IPR的映射：

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中断号 = N
寄存器索引 = N / 4          // 使用哪个IPR寄存器
字段位置 = (N % 4) * 8      // 在该寄存器中的起始位

示例：中断号15
  寄存器索引 = 15 / 4 = 3   // 使用IPR3
  字段位置 = (15 % 4) * 8 = 3 * 8 = 24
  → IPR3[31:24]用于中断15的优先级

优先级位使用：

8位字段中，通常只有高4位[7:4]有效
低4位[3:0]通常读为0，写入被忽略
数值范围：0x00（最高优先级）到0xF0（最低优先级），步长为0x10
优先级分组（PRIGROUP）决定这些位如何划分为抢占优先级和子优先级
读写规则：
可读写，但建议在中断禁用时修改
写入时必须对齐到正确的字节位置

5. 软件触发中断寄存器（Software Trigger Interrupt Register）
地址：0xE000EF00
格式：

txt 复制代码

位[8:0]：中断编号（0-239）
位[31:9]：保留，必须写0

读写规则：

写操作：写入中断编号触发对应中断
读操作：返回不确定值，通常不使用
触发条件 ：中断必须已使能（ISER中对应位为1）
详细功能：
软件模拟硬件中断
用于测试中断服务程序
任务间通信和同步
调试时手动触发中断流程

典型中断处理过程：

中断发生 ：
- 硬件自动设置NVIC_ISPR对应位（中断悬挂）
中断响应前 ：
- NVIC比较所有悬挂中断的优先级
- 选择最高优先级中断准备响应
中断响应 ：
- 硬件清除NVIC_ISPR对应位（清除悬挂）
- 硬件设置NVIC_IABR对应位（标记为活动）
- 处理器跳转到中断服务程序
中断处理中 ：
- NVIC_IABR保持为1
- 可被更高优先级中断抢占
中断返回 ：
- 硬件清除NVIC_IABR对应位
- 如果有其他悬挂中断，继续处理

这里使用比喻来方便我们理解：

比喻：医院急诊室系统：

将NVIC寄存器组比作一个现代化医院急诊室管理系统 ：
1. ISER/ICER - 挂号窗口与停诊通知

ISER（挂号窗口）：病人（中断）在此登记，获得就诊资格。登记后，医院（处理器）才会关注这个病人
ICER （停诊通知）：取消某类病人的就诊资格，但已经挂号的病人仍在等待
2. ISPR/ICPR - 候诊名单管理
ISPR（新增候诊）：新病人到达或医生手动添加病人到候诊名单
ICPR （移除名单）：病人放弃等待、转院或误登记时从名单移除
3. IABR - 诊室状态显示屏
只读显示屏：显示正在接受治疗的病人
每个诊室（处理器核心）一次只治疗一个病人
显示屏实时更新，病人开始治疗时亮灯，离开时灭灯
4. IPR0-IPR31 - 病情分级卡
每个病人有一张分级卡：记录病情严重程度（优先级）
分级规则 （PRIGROUP）：医院统一规定如何解读分级卡
- 例如：前4位表示紧急程度（能否插队），后4位表示同类病人的细微差别
分诊台 （NVIC比较逻辑）：持续扫描候诊名单，选择病情最紧急的病人
5. STIR - 医生紧急呼叫按钮
医生手动触发：当需要立即处理某个特定病例时使用
前提条件：病人必须已在系统登记（中断已使能）
使用场景：紧急会诊、测试医疗流程、内部协调

系统工作流程比喻：
场景：心脏病突发患者（高优先级中断）和感冒患者（低优先级中断）同时到达

登记：两者都在ISER挂号窗口登记（中断使能）
候诊：ISPR自动将两人加入候诊名单（中断悬挂）
分诊：
- 分诊台（NVIC）读取两人的病情分级卡（IPR）
- 心脏病：优先级0x10（高）
- 感冒：优先级0xE0（低）
- 选择心脏病患者优先处理
治疗：
- IABR显示屏显示"心脏病治疗中"
- 感冒患者继续在候诊名单（ISPR）等待
特殊情况 ：
- 如果心脏病治疗中，来了更紧急的枪伤患者（更高优先级）：
  - 心脏病治疗暂停（被抢占）
  - 枪伤患者进入诊室，IABR更新显示
- 如果感冒患者等不及离开：通过ICPR从候诊名单移除
医生主动呼叫 ：
- 住院部需要急诊会诊：医生按下STIR按钮，指定"内科医生3号"
- 对应医生（中断服务程序）立即前往急诊室

特点

原子操作：挂号窗口的设计确保不会同时登记和取消同一病人
状态独立：候诊状态、治疗状态、登记状态相互独立管理
优先级动态：病人病情变化（优先级修改）实时影响分诊决策
软件触发：医院内部协调不依赖外部病人到达

在cortex m3 中，SCB寄存器组

1. 中断控制与状态寄存器（SCB_ICSR）
地址：0xE000ED04
位段详细功能：

VECTACTIVE[8:0] （位8:0）：当前活动异常的编号
- 只读字段
- 0 = 线程模式（无活动异常）
- 1-15 = 系统异常编号
- 16-255 = 外部中断编号（IRQn = VECTACTIVE - 16）
- 用途：诊断当前正在执行哪个异常处理程序
RETTOBASE （位11）：中断返回指示位
- 只读字段
- 1 = 中断返回后将返回到基础级别（线程模式或没有嵌套）
- 0 = 中断返回后将返回到另一个中断（有中断嵌套）
- 用途：判断当前中断嵌套状态
VECTPENDING[8:0] （位20:12）：最高优先级悬挂异常的编号
- 只读字段
- 0 = 没有悬挂的异常
- 非0 = 等待处理的最高优先级异常编号
- 用途：查看下一个将被处理的异常
ISRPENDING （位22）：外部中断悬挂标志
- 只读字段
- 1 = 至少有一个外部中断（IRQ）正在悬挂
- 0 = 没有外部中断悬挂
- 与VECTPENDING的区别：VECTPENDING包含所有异常，ISRPENDING只针对外部中断
PENDSTSET （位26）：SysTick异常悬挂设置位
- 读写位
- 写1 = 将SysTick异常设置为悬挂状态
- 读 = 返回当前SysTick悬挂状态（1=悬挂，0=未悬挂）
PENDSTCLR （位25）：SysTick异常悬挂清除位
- 读写位
- 写1 = 清除SysTick异常悬挂状态
- 读 = 通常返回0，但反映操作状态
PENDSVSET （位28）：PendSV异常悬挂设置位
- 读写位
- 写1 = 将PendSV异常设置为悬挂状态
- 读 = 返回当前PendSV悬挂状态
PENDSVCLR （位27）：PendSV异常悬挂清除位
- 读写位
- 写1 = 清除PendSV异常悬挂状态
- 读 = 通常返回0
NMIPENDSET （位31）：NMI悬挂设置位
- 读写位
- 写1 = 将NMI设置为悬挂状态（如果允许）
- 读 = 返回当前NMI悬挂状态
- 注意：NMI不可屏蔽，一旦悬挂会立即响应
  读写规则：
状态位（VECTACTIVE、RETTOBASE、VECTPENDING、ISRPENDING）只读
悬挂控制位（PENDSTSET/CLR、PENDSVSET/CLR）读写，但写入1执行操作，写入0无效
多个悬挂位可能同时有效，NVIC根据优先级选择响应顺序

2. 向量表偏移寄存器（SCB_VTOR）
地址：0xE000ED08
格式：

txt 复制代码

位[31:30]：保留，必须为0
位[29:7]：向量表基地址的[29:7]位（TBLOFF）
位[6:0]：保留，必须为0

功能详解：

复位值：0x00000000（向量表位于地址0）
对齐要求：向量表基地址必须至少对齐到128字节（0x80）边界
向量表内容 ：
- 偏移0x00：主堆栈指针（MSP）初始值
- 偏移0x04：复位向量（程序入口）
- 偏移0x08：NMI处理程序地址
- 偏移0x0C：硬错误处理程序地址
- ... 依此类推，每个异常占用4字节
  重定位场景：

从RAM运行程序：向量表复制到RAM，VTOR指向RAM地址
引导加载程序：引导程序在Flash，应用程序在另一Flash区域
多任务系统 ：不同任务有自己的异常处理程序
读写规则：

可读写，但通常只在系统初始化时设置
修改前建议禁用全局中断
地址必须满足对齐要求

3. 应用中断与复位控制寄存器（SCB_AIRCR）
地址：0xE000ED0C
特殊写入规则：

VECTKEY字段 （位31:16）：必须写入0x05FA才能修改此寄存器
VECTKEYSTAT字段 （位31:16）：读取时返回0xFA05
位段详细功能：
PRIGROUP[10:8]（位10:8）：优先级分组设置

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分组值 | 抢占优先级位宽 | 子优先级位宽 | 抢占级数 | 子优先级级数
-------|----------------|-------------|----------|-------------
0      | 7 bits         | 1 bit       | 128      | 2
1      | 6 bits         | 2 bits      | 64       | 4
2      | 5 bits         | 3 bits      | 32       | 8
3      | 4 bits         | 4 bits      | 16       | 16
4      | 3 bits         | 5 bits      | 8        | 32
5      | 2 bits         | 6 bits      | 4        | 64
6      | 1 bit          | 7 bits      | 2        | 128
7      | 0 bits         | 8 bits      | 1        | 256

功能：决定如何解析8位优先级字段
- 示例：PRIGROUP=4，则优先级字段高3位为抢占优先级，低5位为子优先级
SYSRESETREQ （位2）：系统复位请求
- 写1 = 请求整个系统复位（除调试模块外）
- 读 = 通常返回0
- 用途：软件触发系统重启
VECTCLRACTIVE （位1）：清除所有异常活动状态
- 写1 = 在调试时清除所有异常的活动状态
- 读 = 通常返回0
- 用途：调试器让处理器从异常状态恢复
ENDIANNESS （位15）：字节序指示位
- 只读位
- 0 = 小端模式（Cortex-M3固定为小端）
- 1 = 大端模式（Cortex-M3不支持）
  读写规则：
写操作必须包含正确的VECTKEY
读操作直接读取当前值
修改PRIGROUP可能影响正在处理的中断，建议在中断禁用时修改

4. 系统异常优先级寄存器（SCB_SHPR1-SCB_SHPR3）
地址：

SCB_SHPR1 ：0xE000ED18
SCB_SHPR2 ：0x0000ED1C
SCB_SHPR3 ：0xE000ED20
详细映射：

txt 复制代码

SHPR1（0xE000ED18）：
  位[31:24]：保留
  位[23:16]：UsageFault（异常6）优先级
  位[15:8]：BusFault（异常5）优先级
  位[7:0]：MemManage（异常4）优先级

SHPR2（0xE000ED1C）：
  位[31:24]：SVCall（异常11）优先级
  位[23:16]：保留
  位[15:8]：保留
  位[7:0]：保留

SHPR3（0xE000ED20）：
  位[31:24]：PendSV（异常14）优先级
  位[23:16]：SysTick（异常15）优先级
  位[15:8]：保留
  位[7:0]：保留

功能详解：

每个8位字段结构与NVIC_IPR相同（通常只使用高4位）
系统异常编号范围：1-15
重要系统异常 ：
- 2: NMI（不可屏蔽中断，优先级固定，不可配置）
- 3: HardFault（硬错误，优先级固定）
- 4: MemManage（内存管理错误）
- 5: BusFault（总线错误）
- 6: UsageFault（用法错误）
- 11: SVCall（系统服务调用）
- 14: PendSV（可悬挂系统调用）
- 15: SysTick（系统定时器）
  读写规则：
可读写，但某些系统异常优先级有固定范围
建议在系统初始化时配置

5. 系统异常控制与状态寄存器（SCB_SHCSR）
地址：0xE000ED24
位段详细功能 ：
使能控制位：

USGFAULTENA （位18）：使能UsageFault异常
- 1 = 使能，0 = 禁用
- 禁用时，UsageFault变为硬错误
BUSFAULTENA （位17）：使能BusFault异常
- 1 = 使能，0 = 禁用
- 禁用时，BusFault变为硬错误
MEMFAULTENA （位16）：使能MemManage异常
- 1 = 使能，0 = 禁用
- 禁用时，MemManage变为硬错误
  悬挂状态位：
SVCALLPENDED（位15）：SVCall悬挂状态
BUSFAULTPENDED（位14）：BusFault悬挂状态
MEMFAULTPENDED（位13）：MemManage悬挂状态
USGFAULTPENDED （位12）：UsageFault悬挂状态
活动状态位：
SYSTICKACT（位11）：SysTick活动状态
PENDSVACT（位10）：PendSV活动状态
USGFAULTACT（位3）：UsageFault活动状态
BUSFAULTACT（位1）：BusFault活动状态
MEMFAULTACT（位0）：MemManage活动状态
SVCallACT （位7）：SVCall活动状态
读写规则：
使能控制位可读写，但修改可能影响异常行为
悬挂状态位：通常只读，但某些位写入1可清除悬挂状态
活动状态位：只读，由硬件自动管理

异常处理流程示例：

异常发生 ：MemManage错误（系统异常4）
- 如果MEMFAULTENA=1，则进入MemManage异常
- 如果MEMFAULTENA=0，则升级为HardFault（异常3）
状态更新 ：
- SCB_ICSR.VECTACTIVE = 4
- SCB_SHCSR.MEMFAULTACT = 1
优先级比较 ：
- 使用SCB_SHPR1配置的MemManage优先级
- 与PRIGROUP设置的分组规则结合
异常返回 ：
- SCB_SHCSR.MEMFAULTACT = 0
- 根据SCB_ICSR.RETTOBASE决定返回路径

这里使用几个比喻来方便我们理解：
比喻一：系统工作流程

想象一个大型工厂的操作系统调度中心：

正常运行时 ：
- 调度中心大屏（ICSR）显示VECTACTIVE为0，表示没有异常，工厂正常生产。
- 向量表仓库（VTOR）指向默认位置，存储着各种异常处理程序地址。
发生外部中断 ：
- 流水线发出故障信号（外部中断），ISRPENDING灯亮起。
- 大屏显示VECTPENDING为该故障的工号。
- 调度中心根据优先级比较，如果当前没有更高优先级的任务，则开始处理此故障。
系统调用 ：
- 工人发出系统调用请求（SVCall），调度中心设置SVCall的悬挂状态。
- 由于SVCall优先级较高（通过SHPR2设置），调度中心暂停当前工作，处理系统调用。
任务切换 ：
- 系统定时器（SysTick）发出时间片用完的信号，调度中心通过PENDSTSET悬挂SysTick异常。
- 调度中心决定进行任务切换，于是通过PENDSVSET悬挂PendSV异常。
- 由于PendSV的优先级被设为最低（通过SHPR3），它会等到其他紧急任务都处理完后才执行，从而安全地进行任务切换。
系统错误处理 ：
- 如果发生内存访问错误（MemManage Fault），且使能了该异常（SHCSR中MEMFAULTENA为1），则错误处理程序被调用。
- 错误处理期间，大屏显示MEMFAULTACT为1，表示正在处理内存管理错误。
系统复位 ：
- 工厂出现严重故障，无法通过常规手段恢复。调度员按下紧急复位按钮（AIRCR中的SYSRESETREQ），整个工厂重启。

比喻二：航空交通管制中心

将SCB寄存器组比作一个现代化航空交通管制中心（ATC），负责管理整个空域的系统级飞行规则和状态监控。

1. SCB_ICSR - 空中交通状态显示屏

这是管制员面前的主显示屏，显示实时空中状态：

VECTACTIVE ：当前正在通话的飞机呼号
- 显示哪架飞机正在执行操作或报告问题
- "0"表示空域清空，没有飞机在操作
VECTPENDING ：等待队列中最优先的飞机呼号
- 显示下一架将被允许操作的飞机
RETTOBASE ：返航指示器
- 绿灯：飞机完成操作后将返回基地（无嵌套）
- 红灯：飞机操作后还要接替另一架飞机（有嵌套）
ISRPENDING ：外部飞机等待指示灯
- 红灯闪烁：有空域外的飞机请求进入
PENDSTSET/CLR ：定期调度计时器控制
- 管制员可手动设置/清除定期航班调度信号
PENDSVSET/CLR ：航班交接控制
- 用于控制航班之间的交接过程
NMIPENDSET ：紧急情况红色按钮
- 按下后立即触发最高优先级响应

2. SCB_VTOR - 飞行规程手册存放位置

这是存放所有飞行操作手册（异常处理程序）的仓库位置指示器：

默认位置：主控室的标准书架（地址0）
可重定位 ：管制中心可决定将手册移到：
- 快速存取室（RAM）：加快查阅速度
- 备用控制中心（Flash其他区域）：冗余备份
- 不同机场的分控中心：分布式管理

3. SCB_AIRCR - 空域规则制定与紧急控制台

这是制定飞行规则和应急控制的主控制台：

PRIGROUP：空域优先级划分规则

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例如选择规则4：
  - 4位用于决定飞机能否互相打断（抢占）
  - 0位用于同级别内的细微排序
  - 结果：16个抢占级别，无子级别

管制员统一规定：军用机（高抢占级）可随时打断民用机
SYSRESETREQ ：全空域紧急清空按钮
- 在发生不可控危险时，管制员按下此按钮
- 所有飞机立即返航，空域完全清空
VECTCLRACTIVE ：异常状态清除按钮
- 调试员在模拟训练时使用
- 清除所有飞机的"正在操作"状态
ENDIANNESS ：通讯协议格式标签
- 显示"小端模式"（Cortex-M3固定格式）

4. SCB_SHPR1-SCB_SHPR3 - 特殊飞机优先级登记表

这是记录特殊类型飞机优先级的登记表：

SHPR1表 ：紧急救援飞机的优先级
- 医疗救援机（MemManage）
- 燃油泄漏处理机（BusFault）
- 违规飞行纠正机（UsageFault）
SHPR2表 ：塔台指令响应优先级
- 塔台直接指令接收机（SVCall）
SHPR3表 ：系统调度飞机优先级
- 定期航班交接机（PendSV）
- 定时巡逻机（SysTick）
  登记规则：管制员为每类飞机分配一个紧急程度编号（优先级）

5. SCB_SHCSR - 特殊飞机状态监控板

这是监控特殊类型飞机状态的专用面板：
左侧区域（使能开关）：

三个大开关：
- 医疗救援系统开关（MEMFAULTENA）
- 燃油泄漏响应开关（BUSFAULTENA）
- 违规飞行监控开关（USGFAULTENA）
开关打开：相应系统激活
开关关闭：问题升级为最高紧急级别
中间区域（等待状态灯）：
四盏黄灯，分别显示：
- 塔台指令等待（SVCALLPENDED）
- 燃油泄漏报告等待（BUSFAULTPENDED）
- 医疗救援请求等待（MEMFAULTPENDED）
- 违规飞行警报等待（USGFAULTPENDED）
  右侧区域（活动状态灯）：
多盏绿灯，显示哪些飞机正在执行任务：
- 定时巡逻机工作中（SYSTICKACT）
- 航班交接进行中（PENDSVACT）
- 塔台指令执行中（SVCallACT）
- 各紧急类型飞机工作中

空域管理场景
场景：繁忙国际机场的空域管理

正常运作 ：
- 主显示屏（ICSR）显示VECTACTIVE=0，空域正常
- 飞行手册（VTOR）在主控室标准位置
- 空域规则（AIRCR）设定为"军用优先"模式（PRIGROUP=4）
紧急情况发生 ：
- 医疗救援机报告紧急情况（MemManage错误）
- 如果医疗系统开关（MEMFAULTENA）打开：
  - 医疗救援机按SHPR1登记优先级响应
  - 状态板亮起"医疗救援工作中"绿灯（MEMFAULTACT=1）
- 如果开关关闭：直接触发最高紧急响应
多任务处理 ：
- 塔台发出调度指令（SVCall）
- 定期巡逻机时间到（SysTick）
- 航班需要交接（PendSV）
- 管制中心根据SHPR2/SHPR3的优先级安排：
  1. 塔台指令最先响应（高优先级）
  2. 医疗救援同时进行
  3. 定期巡逻机随后
  4. 航班交接最后（PendSV设为最低优先级）
空域重配置 ：
- 夜间模式：将飞行手册移到快速存取室（VTOR指向RAM）
- 调整规则：改为"民航优先"模式（修改PRIGROUP）
- 关闭部分监控系统（修改SHCSR使能位）
灾难恢复 ：
- 空域完全失控：管制员按下紧急清空按钮（SYSRESETREQ）
- 所有飞机强制返航，系统重启

比喻三：学校教务处管理系统
SCB寄存器组就像学校的教务处，负责管理所有的课程安排（异常处理）和教学规则。

1. SCB_ICSR - 当前课堂状态显示屏

这个显示屏显示当前学校里的上课情况。

VECTACTIVE ：正在上课的班级和课程编号。
- 比如"3年级2班数学课"，对应一个课程编号。
- 如果显示0，表示现在没有班级在上课（比如课间）。
VECTPENDING ：下一个要上课的班级和课程。
- 显示已经打上课铃但老师还没进教室的班级中，优先级最高的课程。
RETTOBASE ：放学回家指示灯。
- 绿灯：这节课上完后，学生直接回家（没有嵌套，返回基础线程）。
- 红灯：这节课上完后，学生还要去上另一节课（有嵌套，返回另一个中断）。
ISRPENDING ：校外活动申请指示灯。
- 红灯闪烁：有校外活动（外部中断）申请，等待教务处批准。
PENDSTSET/CLR ：上下课铃声控制。
- 教务处可以手动触发下课铃声（清除）或上课铃声（设置）。
PENDSVSET/CLR ：调课控制。
- 教务处可以手动设置或清除调课通知，用于协调课程安排。
NMIPENDSET ：紧急事件按钮。
- 比如火警，按下后所有课程立即停止，优先处理紧急事件。

2. SCB_VTOR - 课程表存放位置

教务处有一本总课程表（异常向量表），记录了每门课的教室和老师（异常处理函数的地址）。

默认位置：教务处的文件柜（地址0）。
可重定位 ：教务处可以把课程表复制到：
- 教师办公室（RAM）：方便老师快速查看。
- 学校服务器（Flash其他区域）：备份。
- 年级组办公室（不同地址）：分权管理。

3. SCB_AIRCR - 学校教学规则制定与紧急广播

教务处制定全校的教学规则，并拥有紧急广播系统。

PRIGROUP ：课程优先级划分规则。
- 比如，将课程分为主科（语文、数学、英语）和副科（体育、音乐、美术）。
- 规则决定主科是否可以打断副科（抢占），以及同为主科时数学和语文哪个先上（子优先级）。
SYSRESETREQ ：全校紧急放学按钮。
- 遇到极端天气或紧急情况，教务处按下按钮，全校停课，所有学生回家。
VECTCLRACTIVE ：课堂状态清除按钮（用于模拟演练）。
- 在消防演练时，教务处可以清除所有上课状态，让演练顺利进行。
ENDIANNESS ：学校文件格式标签。
- 显示"小端格式"（Cortex-M3固定）。

4. SCB_SHPR1-SCB_SHPR3 - 特殊课程优先级登记表

教务处为一些特殊课程设定优先级。

SHPR1表 ：处理学生突发事件的课程优先级。
- 学生生病处理（MemManage）
- 校车故障处理（BusFault）
- 学生违规处理（UsageFault）
SHPR2表 ：教务处直接通知的课程优先级。
- 教务处广播通知（SVCall）
SHPR3表 ：学校日常安排课程优先级。
- 调课处理（PendSV）
- 课间操（SysTick）

5. SCB_SHCSR - 特殊课程状态监控板

教务处墙上有一块监控板，显示特殊课程的状态。

左侧区域（使能开关） ：
- 学生生病处理系统开关（MEMFAULTENA）
- 校车故障响应开关（BUSFAULTENA）
- 学生违规监控开关（USGFAULTENA）
中间区域（等待状态灯） ：
- 教务处通知等待（SVCALLPENDED）
- 校车故障报告等待（BUSFAULTPENDED）
- 学生生病报告等待（MEMFAULTPENDED）
- 学生违规报告等待（USGFAULTPENDED）
右侧区域（活动状态灯） ：
- 课间操进行中（SYSTICKACT）
- 调课处理中（PENDSVACT）
- 教务处通知执行中（SVCallACT）
- 以及各突发事件处理中

学校管理场景

正常上课 ：
- 显示屏显示VECTACTIVE=0（课间休息）。
- 课程表在教务处文件柜（VTOR默认地址）。
- 教学规则设定为"主科优先"（PRIGROUP=4）。
突发事件 ：
- 有学生生病（MemManage错误）。
- 如果学生生病处理系统开关打开（MEMFAULTENA=1）：
  - 按照SHPR1登记的优先级处理（比如先送医务室）。
  - 监控板亮起"学生生病处理中"绿灯（MEMFAULTACT=1）。
- 如果开关关闭，则直接升级为紧急事件（HardFault）。
多任务处理 ：
- 教务处广播通知（SVCall）。
- 课间操时间到（SysTick）。
- 需要调课（PendSV）。
- 教务处根据SHPR2/SHPR3的优先级安排：
  1. 先处理广播通知（高优先级）。
  2. 同时处理学生生病事件。
  3. 然后做课间操。
  4. 最后处理调课（PendSV通常设最低优先级）。
教学调整 ：
- 期末考试期间，将课程表复制到教师办公室（VTOR重定位到RAM）以便快速调整。
- 调整规则为"副科也可打断主科"（修改PRIGROUP）。
- 关闭学生违规监控系统（修改SHCSR使能位）。
紧急情况 ：
- 学校出现严重安全威胁，教务处按下全校紧急放学按钮（SYSRESETREQ）。
- 所有课程停止，学生撤离，系统重启。

在cortex m3 中，SysTick寄存器

SysTick寄存器详解

SysTick控制和状态寄存器（SysTick_CTRL）
地址：0xE000E010
位段详细功能：

ENABLE（位0） ：SysTick定时器使能位
- 0 = 定时器禁用
- 1 = 定时器使能
- 功能：启动或停止SysTick计数器
- 注意：定时器使能后立即开始从当前值递减计数
TICKINT（位1） ：SysTick中断使能位
- 0 = 计数到0时不产生异常
- 1 = 计数到0时产生SysTick异常（中断）
- 功能：控制是否在计数到0时触发中断
- 注意：这是SysTick异常的核心控制位
CLKSOURCE（位2） ：时钟源选择位
- 0 = 使用外部参考时钟（通常为AHB时钟/8）
- 1 = 使用处理器时钟（AHB时钟）
- 功能：选择计数器的时钟源
- 实际应用 ：
  - 系统时钟 = 72MHz时：
    - CLKSOURCE=1：每1/72MHz ≈ 13.9ns计数一次
    - CLKSOURCE=0：每(1/72MHz)×8 ≈ 111.1ns计数一次
COUNTFLAG（位16） ：计数到0标志位
- 只读位
- 0 = 计数器未计数到0
- 1 = 计数器已计数到0（自上次读取该寄存器后）
- 特殊行为：读取该寄存器时自动清零
- 用途：轮询方式检测定时时间到达（不使用中断时）
  读写规则：
位0-2可读写
位16只读，读取时自动清零
其他位保留，写0，读为0

SysTick重载值寄存器（SysTick_LOAD）
地址：0xE000E014
格式：

位[23:0]：重载值（RELOAD）
位[31:24] ：保留，必须为0
功能详解：
作用：设置计数器递减的起始值
工作流程 ：
1. 计数器从LOAD值开始递减
2. 减到0时，如果ENABLE=1，自动重载LOAD值并继续
3. 减到0时，如果TICKINT=1，产生SysTick异常
最大计数值：2²⁴ - 1 = 16,777,215
定时周期计算

txt 复制代码

定时时间 = (LOAD + 1) × 时钟周期
例如：系统时钟=72MHz，LOAD=71999
定时时间 = (71999 + 1) × (1/72MHz) = 1ms

读写规则

可读写，24位有效
写入时，如果计数器正在运行，新值在下次重载时生效
不能写入0xFFFFFF以上的值

SysTick当前值寄存器（SysTick_VAL）
地址：0x000E018
格式：

位[23:0]：当前计数值（CURRENT）
位[31:24] ：保留，读为0
功能详解：
读操作：返回当前计数器的值
写操作 ：
- 写入任何值都会将计数器清零
- 同时清除COUNTFLAG标志
- 重要：写入不会触发重载，计数器清零后，下一个时钟周期会从LOAD值重新开始递减（如果使能了定时器）
用途：
1. 读取当前剩余计数值
2. 软件清零计数器
3. 同步计数器（在某些应用中）
  读写规则：
可读写，24位有效
写入操作具有"副作用"（清零计数器并清除COUNTFLAG）

SysTick异常详解

异常编号 ：15（系统异常中最后一个）
异常优先级 ：通过SCB_SHPR3寄存器的PRI_15字段（位31:24）设置
为什么要有SysTick异常？

操作系统时基：为RTOS提供精确的定时心跳
任务调度：驱动任务时间片轮转
延时函数：实现精确的软件延时
性能测量：测量代码执行时间
系统监控：超时检测、看门狗等
独立于外设定时器：不依赖芯片特定的定时器外设，提高可移植性

与其他定时器的区别：

内核集成：SysTick是Cortex-M3内核的一部分，所有兼容芯片都有
简化编程：寄存器少，配置简单
确定行为：不受芯片厂商实现差异影响

这里我们使用比喻来了解他：
比喻一：心脏与脉搏

将SysTick比作人体的心脏和脉搏系统：

SysTick_CTRL - 心脏控制中枢

ENABLE开关 ：心脏起搏器开关
- 打开：心脏开始跳动
- 关闭：心脏停止
TICKINT开关 ：神经系统连接开关
- 打开：每次心跳向大脑发送信号
- 关闭：心跳但不通知大脑
CLKSOURCE选择 ：心跳节奏选择
- 快速节奏：正常心跳（系统时钟）
- 慢速节奏：休息时心跳（外部时钟/8）
COUNTFLAG标志 ：脉搏检测点
- 每次心跳到最低点时亮起
- 医生（软件）检查后自动熄灭

SysTick_LOAD - 心跳间隔设置

设置值 ：决定两次心跳之间的时间间隔
- 比如设置为每分钟60次（LOAD对应值）
- 设置值越大，心跳越慢
- 设置值越小，心跳越快

SysTick_VAL - 当前心跳状态

读操作 ：听诊器听心跳
- 听到当前心跳到什么位置了
- 还有多久到下一次心跳
写操作 ：心脏电击复位
- 任何电击都会让心跳立即归零
- 然后按照设定间隔重新开始

人体系统工作流程：

系统启动 （身体苏醒）：
- 医生（操作系统）设置心跳间隔（LOAD=71999，1ms一次）
- 打开心脏起搏器（ENABLE=1）
- 连接神经系统（TICKINT=1）
- 选择正常节奏（CLKSOURCE=1，系统时钟）
正常心跳 ：
- 心脏从LOAD值开始递减（心跳从高点向低点）
- 每次到0（心跳完成）：
  - 自动重载LOAD值（准备下一次心跳）
  - 向大脑发送信号（SysTick异常）
  - COUNTFLAG亮起（脉搏点）
大脑响应 （中断服务程序）：
- 大脑收到心跳信号
- 检查身体各部位状态（调度器检查任务）
- 决定是否切换活动（任务切换）
- 更新身体时钟（系统时间累加）
特殊情况 ：
- 检查脉搏：医生手动检查COUNTFLAG（轮询方式）
- 调整心率：修改LOAD值改变心跳间隔
- 心脏复位：写入VAL重置心跳周期
- 心脏停跳：关闭ENABLE（休眠模式）

比喻二(RTOS中)：工厂流水线的节拍器

在RTOS中，SysTick就像工厂流水线的节拍器 ，控制整个生产节奏：
为什么需要独立的节拍器（SysTick）？

统一节奏 ：
- 所有生产线（任务）使用相同的节拍
- 保证生产（任务执行）的同步性
- 避免不同产线（外设定时器）节奏不一致
精确调度 ：
- 时间片轮转 ：每个工人（任务）工作固定节拍数
  - 节拍器响 → 切换工人
  - 保证每个工人都有公平的工作时间
- 优先级调度 ：
  - 高优先级任务：可以占用多个节拍
  - 低优先级任务：等待空闲节拍
系统时间基准 ：
- 记录工厂运行了多久（系统运行时间）
- 计算产品生产时间（任务执行时间）
- 安排生产计划（定时任务）
延时控制 ：
- 工人休息固定节拍数（任务延时）
- 等待物料到达的超时检测（同步超时）
  RTOS中的SysTick配置示例：

c 复制代码

// RTOS初始化时配置SysTick
void RTOS_SysTick_Init(void) {
    // 设置1ms心跳（假设系统时钟72MHz）
    SysTick_LOAD = 71999;  // 72MHz/1000Hz - 1
    
    // 设置SysTick中断优先级（较低，可被其他中断抢占）
    SCB_SHPR3 = (SCB_SHPR3 & 0x00FFFFFF) | (0xE0 << 24);
    
    // 启动SysTick：使能 + 中断 + 系统时钟
    SysTick_CTRL = (1 << 0) | (1 << 1) | (1 << 2);
}

// SysTick中断服务程序（简化版）
void SysTick_Handler(void) {
    // 1. 系统时钟累加
    SystemTime_ms++;
    
    // 2. 更新任务延时
    for(每个任务) {
        if(任务延时 > 0) 任务延时--;
    }
    
    // 3. 检查任务调度
    if(当前任务时间片用完 || 有更高优先级任务就绪) {
        触发任务调度();
    }
}

工厂节拍器场景 ：
场景：汽车装配工厂有三条生产线（任务）：

发动机装配线 （高优先级任务）：
- 每10个节拍必须完成一台发动机
- 节拍器每响一次，完成一部分工作
车身装配线 （中优先级任务）：
- 每20个节拍完成一个车身
- 在发动机线空闲时获得更多节拍
喷漆线 （低优先级任务）：
- 每30个节拍完成喷漆
- 只有前两条线都空闲时才工作

节拍器（SysTick）工作：

节拍间隔：1秒（LOAD值决定）
每响一次 ：
- 生产线主任（调度器）检查各线进度
- 决定下一节拍哪个线工作
- 记录总生产时间

优势：

公平性：每个任务按时间片工作
响应性：高优先级任务及时响应
可预测性：系统行为时间可预测
可移植性 ：换工厂（芯片）只需调整节拍间隔（LOAD值）
为什么单独提出SysTick？

标准化：所有Cortex-M3芯片都有相同SysTick
简化性：比配置外设定时器简单
确定性：不受其他外设影响
低开销：中断处理效率高
核心功能：RTOS的"心跳"，没有它RTOS无法工作

在cortex m3 中，特殊寄存器

程序状态寄存器（xPSR）

xPSR 实际上是三个独立状态寄存器的组合视图，通过不同的访问名称区分：

1. APSR（应用程序状态寄存器）

位[31:27] - ALU标志位：

N（位31） ：负数标志（Negative）
- 当算术/逻辑运算结果为负时置1
- 等于结果的最高位（符号位）
Z（位30） ：零标志（Zero）
- 当运算结果为零时置1
C（位29） ：进位/借位标志（Carry）
- 加法运算产生进位时置1
- 减法运算没有借位时置1
- 移位/循环操作时存放移出的位
V（位28） ：溢出标志（Overflow）
- 有符号数运算溢出时置1
Q（位27） ：饱和标志（Saturation）
- 当SSAT/USAT饱和指令发生饱和时置1
- 需要手动清除
  位[19:16] - GE标志：
GE[3:0] ：大于或等于标志
- 用于SIMD（单指令多数据）指令
- 并行比较多个字节或半字的结果

2. IPSR（中断程序状态寄存器）

位[8:0] - 异常编号：

0：线程模式（没有异常活动）
1-15 ：系统异常编号
- 1：复位
- 2：NMI（不可屏蔽中断）
- 3：硬错误
- 4：内存管理错误
- 5：总线错误
- 6：用法错误
- 7-10：保留
- 11：SVCall
- 12：调试监视器
- 13：保留
- 14：PendSV
- 15：SysTick
16及以上：外部中断编号（IRQn = 值 - 16）

3. EPSR（执行程序状态寄存器）

关键位：

T（位24）：Thumb状态位
- 必须为1（Cortex-M3只运行Thumb指令）
- 为0会导致用法错误
ICI/IT（位[26:25,15:10]）：中断继续和If-Then块状态
- 用于被打断的LDM/STM指令的恢复
- 用于IT（If-Then）指令块的状态跟踪

访问方式：

assembly 复制代码

MRS R0, APSR        ; 只读取APSR部分
MRS R0, IPSR        ; 只读取IPSR部分  
MRS R0, EPSR        ; 只读取EPSR部分
MRS R0, PSR         ; 读取组合的xPSR
MSR APSR, R0        ; 只写入APSR部分（只能写标志位）
MSR PSR, R0         ; 写入组合的xPSR（有限制）

优先级屏蔽寄存器

这些寄存器通过MSR/MRS指令访问，没有内存映射地址。

1. PRIMASK

位[0]：中断屏蔽位

0：允许所有可屏蔽中断（默认）
1 ：禁止所有可屏蔽中断
- 相当于将当前优先级提升到0（最高优先级）
- 不影响NMI和硬错误
  使用场景：
保护临界区代码不被中断打断
短时间的原子操作
快速设置指令：

assembly 复制代码

CPSID I    ; 设置PRIMASK=1，禁止中断（关中断）
CPSIE I    ; 清除PRIMASK=0，允许中断（开中断）

2. FAULTMASK

位[0]：异常屏蔽位

0：允许所有异常（默认）
1 ：禁止所有可屏蔽异常
- 相当于将当前优先级提升到-1
- 只有NMI可以响应
  使用场景：
在错误处理程序中防止其他异常干扰
调试时隔离错误
快速设置指令：

assembly 复制代码

CPSID F    ; 设置FAULTMASK=1
CPSIE F    ; 清除FAULTMASK=0

3. BASEPRI

位[7:0]：优先级屏蔽阈值

0：不屏蔽任何中断（默认）
非0值n ：屏蔽优先级号 ≥ n的所有中断
- 注意：优先级数值越小优先级越高
- 例如：BASEPRI=0x40，则优先级号0x40-0xFF的中断被屏蔽
- 优先级号0x00-0x3F的中断仍可响应
  使用场景：
部分屏蔽中断，允许高优先级中断
比PRIMASK更精细的控制
示例：

assembly 复制代码

; 屏蔽优先级低于0x60的所有中断（0x60-0xFF）
MOV R0, #0x60
MSR BASEPRI, R0

; 恢复所有中断
MOV R0, #0x00
MSR BASEPRI, R0

控制寄存器（CONTROL）

位域详解：

nPRIV（位0） ：特权级别控制
- 0 ：特权模式（默认）
  - 可以访问所有资源
  - 可以执行所有指令
  - 可以访问所有特殊寄存器
- 1 ：用户模式（非特权）
  - 受限的指令集
  - 不能访问某些系统寄存器
  - 不能修改中断配置
SPSEL（位1） ：堆栈指针选择
- 0 ：使用主堆栈指针MSP（默认）
  - Handler模式总是使用MSP
  - 线程模式可选择使用MSP或PSP
- 1 ：使用进程堆栈指针PSP
  - 仅在线程模式下有效
FPCA（位2） ：浮点上下文激活
- 在Cortex-M3中为保留位（总是0）
- 在Cortex-M4/M7中用于浮点单元
  模式切换规则：

从特权模式进入用户模式 ：

assembly 复制代码

; 需要在特权模式下设置CONTROL
MRS R0, CONTROL
ORR R0, R0, #0x01    ; 设置用户模式
MSR CONTROL, R0
ISB                  ; 指令同步屏障

从用户模式返回特权模式 ：
- 只能通过触发异常（如SVC指令）
- 异常处理程序运行在特权模式
- 异常返回时可通过修改LR值选择返回模式
  堆栈指针使用规则：

异常入口：自动保存到当前使用的SP（可能是MSP或PSP）
异常处理：总是使用MSP
异常返回：根据EXC_RETURN值决定使用哪个SP

MRS/MSR指令

指令格式：

assembly 复制代码

MRS <Rd>, <special_reg>    ; 从特殊寄存器读到通用寄存器
MSR <special_reg>, <Rn>    ; 从通用寄存器写到特殊寄存器

特殊寄存器名称：

assembly 复制代码

; 状态寄存器
APSR, IPSR, EPSR, PSR, IEPSR, IAPSR, EAPSR

; 屏蔽寄存器  
PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI

; 控制寄存器
CONTROL

示例代码：

assembly 复制代码

; 读取当前异常编号
MRS R0, IPSR            ; R0 = 当前异常编号

; 检查是否在中断中
MRS R0, IPSR
CMP R0, #0
BNE In_Interrupt

; 进入临界区（关中断）
MRS R0, PRIMASK
PUSH {R0}               ; 保存旧PRIMASK
CPSID I                 ; PRIMASK=1，禁止中断
; ... 临界区代码 ...
POP {R0}
MSR PRIMASK, R0         ; 恢复PRIMASK

; 切换到用户模式
MRS R0, CONTROL
ORR R0, R0, #0x01
MSR CONTROL, R0
ISB                     ; 确保指令流同步

; 切换到进程堆栈
MRS R0, CONTROL
ORR R0, R0, #0x02
MSR CONTROL, R0

这里我们使用比喻来加深印象
比喻一：老师监考教室

把特殊寄存器比作一个老师监考时的管理工具 。
xPSR - 老师的监考状态面板
APSR区域：考试纪律状态灯

N灯：有学生作弊嫌疑（负面行为）
Z灯：全班安静无声（零噪音）
C灯：有学生传递纸条（信息传递中）
V灯：考试时间快到了（时间溢出）
Q灯：考场温度过高（达到极限）

IPSR区域：老师当前处理的事务

0：正常巡视监考
2：校长突然闯入（NMI）
3：严重违纪事件（硬错误）
4：学生坐错位置（内存错误）
5：试卷印刷错误（总线错误）
6：学生违规用笔（用法错误）
11：学生举手提问（SVCall）
14：交卷时间到了（PendSV）
15：考试剩余时间提醒（SysTick）

EPSR区域：监考规则状态

T灯：必须常亮（老师在场监督）
其他显示：正在进行的多步骤处理（如调查作弊的进度）

优先级屏蔽寄存器 - 老师注意力过滤器

PRIMASK开关 ：普通消息免打扰
- 关（0）：留意所有学生动静
- 开（1）：暂时不理睬任何小动作
- 使用场景：处理严重作弊时，暂时忽略其他小声议论
FAULTMASK开关 ：紧急情况专注模式
- 关（0）：处理所有违纪事件
- 开（1）：只处理最紧急事件（如打架），其他一律不管
- 使用场景：考场发生冲突时，只关注最危险情况
BASEPRI旋钮 ：违纪级别过滤器
- 旋到0：处理所有违纪（从说话到作弊）
- 旋到3：只处理中等以上违纪（如抄袭）
- 旋到7：只处理严重违纪（如打架）
- 使用场景：考试快结束时，只关注严重问题

CONTROL寄存器 - 老师身份与站位控制

nPRIV开关 ：老师身份切换
- 特权模式（0） ：正式监考老师
  - 可以收试卷
  - 可以判违纪
  - 可以调整座位
- 用户模式（1） ：实习老师
  - 只能巡视
  - 不能处理违纪
  - 需要正式老师授权才能执行关键操作
SPSEL开关 ：老师站位选择
- 讲台位置（0） ：站在讲台（主堆栈）
  - 全局视野
  - 处理紧急情况
- 教室后排（1） ：站在教室后面（进程堆栈）
  - 日常巡视位置
  - 观察学生状态

监考场景示例

场景：期末考试监考

1. 正常监考状态

老师面板显示：IPSR=0（正常巡视）
身份：正式老师（nPRIV=0）
站位：教室后面（SPSEL=1）
注意力：关注所有学生（PRIMASK=0）

2. 处理学生提问

学生A举手提问（中断请求）
老师查看当前事务：IPSR=11（学生提问）
老师走到学生旁边处理（响应中断）
其他学生的小动作暂时忽略（自动屏蔽低优先级）

3. 发现作弊事件

学生B作弊（总线错误异常）
- 面板显示IPSR=5
- 老师立即进入专注模式（FAULTMASK=1，只关注严重问题）
- 老师快速走向讲台（SPSEL=0，切换主视野位置）
- 处理作弊事件，记录违纪

4. 考试时间管理

剩余10分钟提醒（SysTick异常）
- 面板显示IPSR=15
- 老师宣布："还有10分钟"
- 调整注意力过滤器（设置BASEPRI=3，只关注严重问题）

5. 交卷流程

考试结束铃响（PendSV异常）
- 面板显示IPSR=14
- 老师站在讲台（使用主堆栈）
- 指挥收卷流程
- 实习老师协助（用户模式任务）

6. 意外情况处理

突然停电（硬错误）
- 面板显示IPSR=3
- 老师启动最高级别响应
- 维持考场秩序
- 必要时终止考试（系统复位）

比喻二：汽车驾驶控制系统

将特殊寄存器比作汽车的驾驶控制系统：

xPSR - 汽车仪表盘综合显示屏
APSR区域：行驶状态指示灯

N灯：下坡指示灯（负坡度）
Z灯：零速度指示灯（停车）
C灯：牵引力控制灯（打滑时亮起）
V灯：超速警告灯（超出安全速度）
Q灯：发动机过热警告（达到温度极限）
IPSR区域：当前驾驶模式显示
0：正常驾驶模式
1：紧急启动模式（复位）
2：强制接管模式（NMI）
3：系统故障模式（硬错误）
4：导航错误（内存错误）
5：通信错误（总线错误）
6：操作错误（用法错误）
11：语音指令模式（SVCall）
14：自动驾驶交接（PendSV）
15 ：巡航定时（SysTick）
EPSR区域：系统状态显示
T灯：必须常亮（手动驾驶模式就绪）
ICI/IT显示：多步骤操作进度（如自动泊车步骤）

优先级屏蔽寄存器 - 驾驶专注度控制

PRIMASK开关 ：电话免打扰开关
- 关闭（0）：接听所有来电
- 打开（1）：拒接所有电话
- 使用场景：高速超车时，避免电话干扰
FAULTMASK开关 ：全系统静音开关
- 关闭（0）：所有警告音正常
- 打开（1）：只保留碰撞警告，其他全部静音
- 使用场景：车辆严重故障时，避免其他警告分散注意力
BASEPRI旋钮 ：警告重要性过滤
- 旋到0：显示所有警告
- 旋到1：只显示重要警告（如油量低）
- 旋到2：只显示紧急警告（如发动机故障）
- 使用场景：城市驾驶时过滤不重要的提醒

CONTROL寄存器 - 驾驶权限控制面板

nPRIV开关 ：驾驶权限开关
- 特权模式（0） ：教练模式
  - 可以操作所有功能
  - 可以修改车辆设置
  - 可以接管控制
- 用户模式（1） ：学员模式
  - 只能使用基本功能
  - 不能修改设置
  - 需要教练授权才能执行特殊操作
SPSEL开关 ：座椅位置选择
- 主驾驶座（0） ：使用教练座椅（MSP）
  - 视野好，控制全面
  - 紧急情况下使用
- 副驾驶座（1） ：使用学员座椅（PSP）
  - 日常驾驶使用
  - 受限制的控制权

MRS/MSR指令 - 专用控制指令

就像驾校的专用教学口令：

MRS ：学员报告当前状态

assembly 复制代码

"报告教练，当前车速120，转速3000"  ← MRS读取状态

MSR ：教练下达控制指令

assembly 复制代码

"切换到手动挡，关闭音响"  ← MSR写入控制

只有教练（特权模式） 可以下达MSR指令，学员（用户模式）只能报告状态。

驾驶场景比喻
场景：驾校训练课程

正常驾驶（线程模式） ：
- 仪表盘显示：IPSR=0（正常驾驶）
- 权限：学员模式（nPRIV=1）
- 座椅：副驾驶座（SPSEL=1，PSP）
- 电话：正常接听（PRIMASK=0）
  紧急情况处理：
- 突发故障 ：发动机警告灯亮（总线错误异常）
  - 仪表盘IPSR显示异常编号5
  - 教练立即按下FAULTMASK（只关注最紧急的碰撞警告）
  - 教练切换回主驾驶座（切换到MSP）
- 处理过程 ：
  assembly 复制代码
```
; 进入错误处理程序
CPSID F          ; FAULTMASK=1，屏蔽其他干扰
MSR CONTROL, #0  ; 切回特权模式+主堆栈
; 处理错误...
CPSIE F          ; 恢复异常处理
```

多任务训练：

BASEPRI过滤 ：教练设置只显示重要警告
assembly 复制代码
```
MOV R0, #0x40
MSR BASEPRI, R0  ; 忽略优先级低于0x40的警告
```

临界区操作 ：练习坡道起步

assembly 复制代码

MRS R0, PRIMASK
PUSH {R0}
CPSID I          ; 禁止所有中断（电话）
; 专注坡道起步操作...
POP {R0}
MSR PRIMASK, R0  ; 恢复中断设置

权限切换：

学员需要开启危险报警灯（需要特权）：

assembly 复制代码

; 学员模式下无法直接开启
SVC #0           ; 调用系统服务（请求教练帮忙）
; 在SVC处理程序中（特权模式）开启报警灯

系统恢复：

车辆完全失控：

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; 触发硬错误
; 在HardFault处理程序中：
LDR R0, =0xE000ED0C
LDR R1, =0x05FA0004  ; VECTKEY + SYSRESETREQ
STR R1, [R0]         ; 请求系统复位（重启车辆）

总结

寄存器类别	配置阶段（初始化）	运行阶段（动态）	诊断阶段（调试）	比喻角色
NVIC_ISER/ICER	使能/禁用中断	动态调整中断使能	检查中断使能状态	医院挂号/停诊窗口
NVIC_ISPR/ICPR	（通常不配置）	软件触发/清除中断	查看悬挂中断	候诊名单管理
SCB_VTOR	设置向量表位置	Bootloader跳转时重定位	确认当前向量表位置	飞行手册存放位置
PRIMASK/BASEPRI	（通常为0）	临界区保护时设置	检查当前屏蔽状态	注意力过滤器
CONTROL	设置初始模式	任务切换时修改	确定当前模式	驾驶权限控制

我们使用比喻来梳理一下：

"智慧城市应急响应系统"总体框架：

基础设施层（NVIC） ：城市各区的应急服务站（消防、医疗、警察）
- ISER/ICER：服务站值班表
- IPR：事件优先级评估标准
- IABR：正在处理的应急事件显示屏
指挥中心层（SCB） ：城市应急指挥中心
- ICSR：指挥中心大屏（显示当前和待处理事件）
- VTOR：应急预案手册存放系统
- AIRCR：应急响应规则制定委员会
计时与调度层（SysTick） ：城市统一时间系统
- 提供精确的时间基准
- 驱动定期巡查和任务轮转
权限控制层（特殊寄存器） ：应急人员身份与权限
- xPSR：当前执行人员的状态徽章
- PRIMASK/FAULTMASK：紧急情况下的通信过滤
- CONTROL：人员身份牌（指挥员/执行员）

Cortex-M3权威指南Cn第八章——笔记

在cortex m3 中，中断(异常)常用寄存器

一、 NVIC寄存器组（地址范围：0xE000E100 - 0xE000E4FF）

二、 SCB寄存器组（地址范围：0xE000ED00 - 0xE000ED3F）

三、 SysTick寄存器（系统定时器，属于系统异常）

四、 特殊寄存器（通过MRS/MSR指令访问）

在cortex m3 中，NVIC寄存器组

在cortex m3 中，SCB寄存器组

在cortex m3 中，SysTick寄存器

SysTick寄存器详解

SysTick异常详解

在cortex m3 中，特殊寄存器

程序状态寄存器（xPSR）

1. APSR（应用程序状态寄存器）

2. IPSR（中断程序状态寄存器）

3. EPSR（执行程序状态寄存器）

优先级屏蔽寄存器

1. PRIMASK

2. FAULTMASK

3. BASEPRI

控制寄存器（CONTROL）

MRS/MSR指令

指令格式：

特殊寄存器名称：

示例代码：

总结

四、特殊寄存器（通过MRS/MSR指令访问）