LiteOS-M 切换汇编逐行图解（2）：指令·异常机制·全景表

本文是切换汇编系列的第二篇 。上一篇《（1）汇编是什么·寄存器与栈》搭好了三块地基------为什么切换必须写汇编 、栈是什么 、16 寄存器地图与 AAPCS 分工 。本篇接着搭另外三块地基：本文件用到的指令 、异常进出栈机制 、和 los_dispatch.S 全景表。

本篇读者画像 ：已经知道 R0~R15、MSP/PSP、AAPCS 基本概念，但看到 mrs、stmfd、bx lr 还会愣一下。看完本篇，这些符号会变成"老朋友"。

工程限定 ：OpenHarmony LiteOS-M v3.0-LTS + STM32MP157 M4 独立启动（Cortex-M4 + 硬件 FPU，GCC + Makefile）。讲解对象是内核 arch 层的 los_dispatch.S，本工程一行未改。

文章目录

- 〇、先看地图：本篇三站路线图（整体）
- [一、第①站：本文件用到的指令（只精讲 4 组核心）](#一、第①站：本文件用到的指令（只精讲 4 组核心）)
- - [1.1 整体：4 组指令干什么](#1.1 整体：4 组指令干什么)
  - [1.2 局部：数据搬运------mov / ldr / str](#1.2 局部：数据搬运——mov / ldr / str)
  - [1.3 局部：多寄存器存取------stmfd / ldmfd（切换汇编的主角）](#1.3 局部：多寄存器存取——stmfd / ldmfd（切换汇编的主角）)
  - [1.4 局部：特殊寄存器读写------mrs / msr / cpsid / cpsie](#1.4 局部：特殊寄存器读写——mrs / msr / cpsid / cpsie)
  - [1.5 局部：跳转------b / bx / blx](#1.5 局部：跳转——b / bx / blx)
  - [1.6 局部：其他指令（按需查表）](#1.6 局部：其他指令（按需查表）)
- [二、第②站：异常进出栈与 EXC_RETURN](#二、第②站：异常进出栈与 EXC_RETURN)
- - [2.1 整体：中断进来，硬件自动干什么](#2.1 整体：中断进来，硬件自动干什么)
  - [2.2 局部：EXC_RETURN------只需要记两个值](#2.2 局部：EXC_RETURN——只需要记两个值)
  - [2.3 局部：异常返回------同一条 bx lr，两种身份](#2.3 局部：异常返回——同一条 bx lr，两种身份)
  - [2.4 重点·一步一步看：异常进出栈全过程](#2.4 重点·一步一步看：异常进出栈全过程)
- [三、第③站：`los_dispatch.S` 全景表（7 常量 + 4 函数 + 3 数据结构）](#三、第③站：los_dispatch.S 全景表（7 常量 + 4 函数 + 3 数据结构）)
- - [3.1 整体：文件骨架长什么样](#3.1 整体：文件骨架长什么样)
  - [3.2 局部：4 个函数是整条流水线的 4 个岗位](#3.2 局部：4 个函数是整条流水线的 4 个岗位)
  - [3.3 局部：7 个常量（只需要记两个关键的）](#3.3 局部：7 个常量（只需要记两个关键的）)
  - [3.4 局部：3 个数据结构（后面四篇反复用到）](#3.4 局部：3 个数据结构（后面四篇反复用到）)
- 四、小结：本篇你该带走的三句话

〇、先看地图：本篇三站路线图（整体）

读完本篇，你应该能回答三个问题：

los_dispatch.S 里那些汇编指令（mov/ldr/str/stmfd/ldmfd/mrs/msr/bx ...）每条干什么？
中断进来和出去时，硬件自动干了什么？那个叫 EXC_RETURN 的魔术值是干嘛的？
los_dispatch.S 全文的骨架是什么？7 个常量、4 个函数、3 个数据结构各对应什么？

本篇只搭这三块地基，不讲具体函数怎么干活 ------那是第 3~6 篇的事。本篇看完，你看到任何一条汇编都能知道"它在动哪个寄存器、指令字面啥意思"，看到 bx lr 能知道"它在普通函数里还是异常里"。

第①站指令 ：los_dispatch.S 用到的指令不到 20 条，只精讲 4 组核心（数据搬运、多寄存器存取、特殊寄存器读写、跳转），其他按需查表。
第②站异常进出栈与 EXC_RETURN ：异常进入时硬件自动压 8/26 字、把魔术值塞进 LR；异常返回时硬件识别魔术值自动弹栈------同一条 bx lr 两种身份。
第③站 los_dispatch.S 全景表：7 个常量 + 4 个函数 + 3 个数据结构，是后面四篇逐行精讲的地图。

本系列主线先剧透一句：任务切换本质上像工人交接班。上一篇讲了"交接班需要什么柜子（栈）和哪些工具（寄存器）"，本篇讲"交接班的规矩（指令与异常机制）"和"整条流水线由哪些岗位组成（四函数）"。下一篇开始，一个岗位一个岗位地拆。

一、第①站：本文件用到的指令（只精讲 4 组核心）

1.1 整体：4 组指令干什么

los_dispatch.S 用到的指令不到 20 条。这里只精讲看懂切换汇编必用的 4 组，其他几组（运算/屏障）放在最后按需查表。

组	干什么	本文件的典型用法
数据搬运	在寄存器之间、寄存器与内存之间搬数字	`mov r0, #2`、`ldr r0, [r1, #4]`、`str r5, [r4]`
多寄存器存取	一次性搬一批寄存器进出栈	`stmfd r0!, {r4-r12}`、`ldmfd r12!, {r0-r7}`
特殊寄存器读写	碰 PSP/CONTROL/PRIMASK 这些 C 够不着的	`mrs r12, PRIMASK`、`msr psp, r12`、`cpsid i`
跳转	改 PC，包括条件跳、直跳、调函数	`bne`、`bx r6`、`bx lr`、`blx OsSchedTaskSwitch`

下面逐组讲。

1.2 局部：数据搬运------mov / ldr / str

asm 复制代码

mov   r0, #2            @ 立即数 → 寄存器：r0 = 2
mov   lr, r5            @ 寄存器 → 寄存器：lr = r5
ldr   r0, [r1, #4]      @ 读内存：r0 = *(r1 + 4)
str   r5, [r4]          @ 写内存：*(r4) = r5

mov 像"把一张纸条上的数字抄到另一张"------抄的是立即数或寄存器。
ldr/str 像"从抽屉取/往抽屉放"------ldr 读内存，str 写内存，[r1, #4] 表示"r1 地址 + 4 偏移处"。

【一句话】mov 是寄存器之间或立即数→寄存器的搬运；ldr/str 是寄存器和内存之间的搬运，方括号 [r1, #4] 表示"从 r1+4 这个地址"。

1.3 局部：多寄存器存取------stmfd / ldmfd（切换汇编的主角）

asm 复制代码

stmfd r0!, {r4-r12}     @ 压栈：先减地址再存
ldmfd r12!, {R0-R7}     @ 出栈：先取再增

两个名字一套指令 ：stmfd = stmdb（先减后存），ldmfd = ldmia（先取后增）。读 FreeRTOS 看到 stmdb，读 LiteOS 看到 stmfd，是同一条指令------这是 UAL（统一书写规范）允许的同义词。

fd = full descending（满递减栈），是 AAPCS 规定的栈型------栈向低地址长，SP 指向最后压入的数据。压栈出栈固定用这俩。

【类比·搬箱子】stmfd r0!, {r4-r12} 像"把 9 个箱子（r4~r12）依次摞到 r0 指向的位置下方"------地址先减，箱子从小编号到大编号依次摆低到高。! 表示搬完把最新地址写回 r0。

铁规则：寄存器号小的放低地址 。stmfd r0!, {r4-r12} 存完后，内存从低到高是 r4, r5, ..., r11, r12------这条规则决定了栈上数据的摆放顺序，第 5 篇对账 TaskContext 结构体时全靠它。

【一句话】stmfd/ldmfd 是一次搬一批寄存器进出栈，寄存器号小的放低地址------这条规则决定了栈上数据布局，对账结构体时全靠它。

1.4 局部：特殊寄存器读写------mrs / msr / cpsid / cpsie

asm 复制代码

mrs r12, PRIMASK        @ 特殊寄存器 → 通用寄存器（读）
msr CONTROL, r0         @ 通用寄存器 → 特殊寄存器（写）
msr psp, r12            @ 写栈指针
cpsid i                 @ 关中断（PRIMASK=1）
cpsie i                 @ 开中断（PRIMASK=0）

mrs/msr 是唯二能碰特殊寄存器的指令------这就是第 1 篇说的"CPU 母语里专门碰特殊寄存器的两句话"。

cpsid/cpsie 是开关中断的专用指令------不用先搬个寄存器存值，一条搞定，比 msr primask 顺手。

【一句话】mrs/msr 是读写 PSP/CONTROL/PRIMASK 这些特殊寄存器的唯一通道；cpsid/cpsie 是开关中断的专用快捷指令。

1.5 局部：跳转------b / bx / blx

asm 复制代码

bne  __DisabledFPU      @ 条件跳转：不相等（Z=0）就跳
bx   r6                 @ 跳到 r6 里的地址（bit0 是 Thumb 标志）
bx   lr                 @ 返回；异常处理函数里触发"异常返回"
blx  OsSchedTaskSwitch  @ 调 C 函数：返回地址存入 lr 再跳

条件后缀速查（接在 b 后面用，最常用就 ne/eq 两个）：

后缀	含义
eq	相等（Z=1）
ne	不等（Z=0）
其他（cs/cc/ge/lt...）	用到再查 ARM 手册

bx 与 blx 的区别：blx 会把返回地址存进 LR 再跳------就是"调用函数"；bx 不存------是"直接跳过去不回来了"。

【一句话】blx = 调函数（存返回地址），bx = 直跳（不存），bne/eq = 条件跳。

1.6 局部：其他指令（按需查表）

这几条用得少或简单，列在这儿供你读到时回查：

指令	干什么	何时遇到
`add r12, r12, #100`	加法	第3篇第四步 FPU 偏移对账
`and r1, r1, #0x00F00000`	位与（掩码提取）	第3篇第四步判 CPACR
`cmp r1, #0x00F00000`	比较（只更新标志位，不跳转）	第3篇第四步判 CPACR
`vstmdb/vldmia`	FPU 版多寄存器存取	第5篇存/取 d8~d15
`vpush/vpop {s0}`	单 FPU 寄存器压/弹	第3篇第五步激活 FPCA
`dsb/isb`	数据/指令同步屏障	第4篇 HalTaskSchedule 尾巴

【读源码方法论】读到不熟的指令别慌------回来查这张表就行。本系列涉及的所有指令都在这张表里。

二、第②站：异常进出栈与 EXC_RETURN

2.1 整体：中断进来，硬件自动干什么

异常（中断）进入时，硬件自动做三件事，软件完全不用管：

把 8 个字压入当前栈 （任务态就是 PSP）：
- R0、R1、R2、R3、R12、LR、PC、xPSR------低地址到高地址正好按这个顺序，恰好就是第 1 篇讲的"调用方保管"那批。
- FPU 活跃（FPCA=1）时再加压 18 个字（S0~S15、FPSCR、保留），称"扩展帧"。
- 8 字 = 基本帧，26 字 = 扩展帧。
LR 被硬件填成 EXC_RETURN 魔术值 ------它不是返回地址，是一张"返回方式说明书"。
IPSR 更新为异常号，取向量、跳异常处理函数（Handler 模式、用 MSP）。

【一句话】中断进来时硬件自动压 8/26 字进当前栈，并把"返回方式说明书"（EXC_RETURN）塞进 LR------这部分软件完全不用管。

2.2 局部：EXC_RETURN------只需要记两个值

EXC_RETURN 是个魔术值------它不是地址，是硬件识别"怎么返回"的说明书。低 4 位编码返回方式：

值	返回到	用哪个栈	帧类型
0xFFFFFFF1	Handler 模式	MSP	基本
0xFFFFFFF9	Thread 模式	MSP	基本
0xFFFFFFFD	Thread 模式	PSP	基本
0xFFFFFFED	Thread 模式	PSP	扩展（含 FPU）

零基础只需要记两个：

0xFFFFFFFD：返回任务态、用 PSP、基本帧（无 FPU）。
0xFFFFFFED：返回任务态、用 PSP、扩展帧（有 FPU）。

另两个（0xFFFFFFF1/9）本文用不到------那是返回 Handler 模式或用 MSP 的场景。

【一句话】记住两个魔术值：0xFFFFFFFD（任务态+PSP+基本帧）、0xFFFFFFED（任务态+PSP+扩展帧）。LR 里装这俩值时，bx lr 就是异常返回。

2.3 局部：异常返回------同一条 bx lr，两种身份

异常返回 ：只要把 EXC_RETURN 送进 PC（bx lr 或出栈到 PC），硬件识别出魔术值，自动把栈上那 8/26 个字弹回寄存器------PC 一恢复，被打断的代码从断点继续，像什么都没发生过。

所以同一条 bx lr，两种身份：

普通函数里是"返回调用处"。
异常处理函数里是"触发异常返回"。

区别只在 LR 里装的是普通地址还是魔术值。

【类比·bx lr 两种身份】bx lr 像回家开门------普通函数里 LR 是家门口地址，开门就回家；异常里 LR 是一把特殊钥匙（EXC_RETURN 魔术值），开门的瞬间硬件识别出"哦你是从异常里出来的"，自动帮你恢复中断现场。

2.4 重点·一步一步看：异常进出栈全过程

上面讲的是结论，下面把"进入 → 处理 → 返回"走一遍，每一步都不跳过：

把 5 步串成一句话 ：导演喊停（中断发生）→ 助理收便签（硬件压 8/26 字）→ 给一把特殊钥匙（LR=EXC_RETURN）→ 你在会议室办完事（异常处理）→ 把钥匙交前台开门（bx lr）→ 助理按钥匙说明还原便签、你回断点继续。

切换汇编存在的意义，就是补齐"助理不收的那部分"------R4_R11、d8d15 这些 callee-saved 大件，得靠 HalPendSV 自己搬。

三、第③站：`los_dispatch.S` 全景表（7 常量 + 4 函数 + 3 数据结构）

3.1 整体：文件骨架长什么样

los_dispatch.S 的整体结构是：

复制代码

文件头（.syntax/.arch/.fpu/.thumb 四件套自我介绍）
    ↓
7 个常量定义（.equ）
    ↓
4 个函数实现（HalStartToRun / HalIntLock/UnLock/Restore / HalTaskSchedule / HalPendSV）

这四行开头的"自我介绍"在第 1 篇已经讲过，本篇不再重复。重点是：这个文件去掉版权头不到 170 行，真正的指令不到 100 条，却撑起了 LiteOS-M 在 Cortex-M4 上的全部切换动作。

【一句话】los_dispatch.S 的骨架 = 四件套头 + 7 常量 + 4 函数；不到 100 条指令撑起启动/临界区/触发/搬运四件事。

3.2 局部：4 个函数是整条流水线的 4 个岗位

第 1 篇见过这个表，这里再补一列"岗位称呼"，方便和第 5 篇的"职场角色"图对上：

函数	岗位	干什么	谁调它
`HalStartToRun`	启动员	启动第一个任务（切 PSP + 直跳任务入口）	`LOS_Start()` 间接调
`HalIntLock / HalIntUnLock / HalIntRestore`	保安	关/开/恢复中断（临界区三件套）	`LOS_IntLock()` 等 C 接口
`HalTaskSchedule`	调度员	触发一次 PendSV，请求切换	`LOS_Schedule()` 等调度入口
`HalPendSV`	搬运工	真正的现场搬运：存旧任务、取新任务	PendSV 异常（硬件调它）

3.3 局部：7 个常量（只需要记两个关键的）

符号	值	干什么
`OS_FPU_CPACR`	0xE000ED88	FPU 协处理器访问控制寄存器
`OS_FPU_CPACR_ENABLE`	0x00F00000	FPU 使能位掩码
`OS_NVIC_INT_CTRL`	0xE000ED04	中断控制状态寄存器 ICSR；写 bit28 挂起 PendSV（第 4 篇按门铃用）
`OS_NVIC_SYSPRI2`	0xE000ED20	系统异常优先级 SHPR3；设 PendSV/SysTick 最低优先级（第 3 篇第三步设最低优先级用）
`OS_NVIC_PENDSV_PRI`	0xF0F00000	一次写两个字段：PRI_14=0xF0、PRI_15=0xF0
`OS_NVIC_PENDSVSET`	0x10000000	ICSR bit28 PENDSVSET，往 ICSR 写它 = 挂起 PendSV
`OS_TASK_STATUS_RUNNING`	0x0010	任务运行态标志。本文件定义了但没用------历史遗留

零基础只需要记两个：

OS_NVIC_INT_CTRL（ICSR）------第 4 篇"按门铃"用。
OS_NVIC_SYSPRI2（SHPR3）------第 3 篇第三步"设最低优先级"用。

其他几个用到再回来查。OS_TASK_STATUS_RUNNING 是死代码，v3.0-LTS 里这个标志在 C 侧设置，汇编里定义了没用上。

【读内核方法论】读内核别背寄存器名字------背地址。同一个寄存器不同代码叫法不同（LiteOS 叫 SYSPRI2，FreeRTOS 叫 portNVIC_SYSPRI2，ARM 手册叫 SHPR3），但地址 0xE000ED20 是固定的。

3.4 局部：3 个数据结构（后面四篇反复用到）

c 复制代码

/* los_task.h */
typedef struct {
    LosTaskCB   *runTask;   /* 偏移 0：当前运行任务 TCB */
    LosTaskCB   *newTask;   /* 偏移 4：调度器选好的下一个任务 TCB */
} LosTask;                  /* 全局变量 g_losTask */

typedef struct TagTaskCB {
    VOID *stackPointer;     /* 偏移 0：TCB 第一个成员就是任务栈指针！ */
    ...
} LosTaskCB;

/* los_arch_context.h */
typedef struct {
    /* ... 具体字段顺序在第5篇栈帧几何里详讲 ... */
} TaskContext;              /* 任务上下文，大小 204（FPU）或 68（非FPU）字节 */

记住三个偏移关系：

ldr r0, [r1, #4] 读的是 g_losTask.newTask（偏移 4）。
ldr r0, [r0] 读的是 TCB->stackPointer（偏移 0，第一个成员）。
TaskContext 的大小（204/68）必须与运行期汇编偏移严格一致------这就是铁律③。

核心结论 ：TCB 只记一个栈指针，寄存器快照全在任务栈上------这是"任务上下文存在哪"的答案。一个任务的所有状态，最终浓缩成一个栈指针。

【一句话】g_losTask 是 {当前任务, 下一任务} 两个指针；TCB 第一个成员是栈指针；TaskContext 大小必须与汇编偏移对齐------三个数据结构撑起整个切换逻辑。

四、小结：本篇你该带走的三句话

指令只分 4 组核心：数据搬运（mov/ldr/str）、多寄存器存取（stmfd/ldmfd，寄存器号小的放低地址）、特殊寄存器读写（mrs/msr/cpsid/cpsie）、跳转（bx/blx/bne）------其他指令按需查表。
异常进出栈是硬件自动的 ：中断进来硬件压 8/26 字进当前栈、把 EXC_RETURN 塞进 LR；返回时硬件识别魔术值自动弹栈------bx lr 在异常里就是"触发异常返回"，与普通函数返回是同一指令两种身份。
los_dispatch.S 的骨架就三部分 ：7 个常量 + 4 个岗位函数 + 3 个数据结构；其中 g_losTask / TCB->stackPointer / TaskContext 是后面所有切换动作的数据根基。

地基搭完。从下一篇开始讲具体函数怎么干活。

下篇预告 ：《LiteOS-M 切换汇编逐行图解（3）：HalStartToRun 首任务五步直跳》------从"演员第一次上场"的类比开始，先讲清这个函数整体要干什么（开机后让第一个任务跑起来），再逐行讲透五步：设 PendSV/SysTick 最低优先级、切 PSP、取首任务栈指针、FPU/非 FPU 双路径恢复现场、vpush/vpop 激活 FPCA + bx r6 直跳。

LiteOS-M 切换汇编逐行图解（2）：指令·异常机制·全景表

文章目录

〇、先看地图：本篇三站路线图（整体）

一、第①站：本文件用到的指令（只精讲 4 组核心）

1.1 整体：4 组指令干什么

1.2 局部：数据搬运------mov / ldr / str

1.3 局部：多寄存器存取------stmfd / ldmfd（切换汇编的主角）

1.4 局部：特殊寄存器读写------mrs / msr / cpsid / cpsie

1.5 局部：跳转------b / bx / blx

1.6 局部：其他指令（按需查表）

二、第②站：异常进出栈与 EXC_RETURN

2.1 整体：中断进来，硬件自动干什么

2.2 局部：EXC_RETURN------只需要记两个值

2.3 局部：异常返回------同一条 bx lr，两种身份

2.4 重点·一步一步看：异常进出栈全过程

三、第③站：los_dispatch.S 全景表（7 常量 + 4 函数 + 3 数据结构）

3.1 整体：文件骨架长什么样

3.2 局部：4 个函数是整条流水线的 4 个岗位

3.3 局部：7 个常量（只需要记两个关键的）

3.4 局部：3 个数据结构（后面四篇反复用到）

四、小结：本篇你该带走的三句话

三、第③站：`los_dispatch.S` 全景表（7 常量 + 4 函数 + 3 数据结构）