Cortex-M0【中断向量表】【中断控制和系统控制】【硬件错误后仿真器的作用】

Cortex-M0中断向量表：

__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of Stack
                DCD     Reset_Handler             ; Reset Handler
                DCD     NMI_Handler               ; NMI Handler
                DCD     HardFault_Handler         ; Hard Fault Handler
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     SVC_Handler        ; SVCall Handler
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     0                         ; Reserved
                DCD     PendSV_Handler   ; PendSV Handler
                DCD     SysTick_Handler   ; SysTick Handler

下文摘录于：http://blog.csdn.net/fervor_heart/article/details/8288914

这里向前辈敬礼！

NMI (Non Maskable Interrupt)——不可屏蔽中断(即CPU不能屏蔽)

无论状态寄存器中 IF 位的状态如何,CPU收到有效的NMI必须进行响应;NMI是上升沿有效;中断类型号固定为2;它在被响应时无中断响应周期.不可屏蔽中断通常用于故障处理(如:协处理器运算出错,存储器校验出错,I/O通道校验出错等).

　　IF = Interrupt Flag(中断状态)　　在DSP等学习中NMI解释同样为“不可屏蔽中断”，其英文解释为“External Non-Maskable Interrupt”

下文摘录于：http://blog.csdn.net/guozhongwei1/article/details/49544671

这里向前辈敬礼！

SVC和PendSV

SVC（系统服务调用，亦简称系统调用）和PendSV（可悬起系统调用），它们多用于在操作系统之上的软件开发中。SVC 用于产生系统函数的调用请求。例如，操作系统不让用户程序直接访问硬件，而是通过提供一些系统服务函数，用户程序使用SVC 发出对系统服务函数的呼叫请求，以这种方法调用它们来间接访问硬件。因此，当用户程序想要控制特定的硬件时，它就会产生一个SVC 异常，然后操作系统提供的SVC 异常服务例程得到执行，它再调用相关的操作系统函数，后者完成用户程序请求的服务。 
这种“提出要求——得到满足”的方式，很好、很强大、很方便、很灵活、很能可持续发展。首先，它使用户程序从控制硬件的繁文缛节中解脱出来，而是由OS 负责控制具体的硬件。第二，OS 的代码可以经过充分的测试，从而能使系统更加健壮和可靠。第三，它使用户程序无需在特权级下执行，用户程序无需承担因误操作而瘫痪整个系统的风险。第四，通过SVC 的机制，还让用户程序变得与硬件无关，因此在开发应用程序时无需了解硬件的操作细节，从而简化了开发的难度和繁琐度，并且使应用程序跨硬件平台移植成为可能。开发应用程序唯一需要知道的就是操作系统提供的应用编程接口（API），并且了解各个请求代号和参数表，然后就可以使用SVC 来提出要求了（事实上，为使用方便，操作系统往往会提供 
一层封皮，以使系统调用的形式看起来和普通的函数调用一致。各封皮函数会正确使用SVC指令来执行系统调用——译者注）。其实，严格地讲，操作硬件的工作是由设备驱动程序完成的，只是对应用程序来说，它们也是操作系统的一部分。如图7.14 所示 
 
SVC 异常通过执行”SVC”指令来产生。该指令需要一个立即数，充当系统调用代号。SVC异常服务例程稍后会提取出此代号，从而解释本次调用的具体要求，再调用相应的服务函数。例如，

SVC 0x3 ; 调用3 号系统服务

• 在SVC 服务例程执行后，上次执行的SVC 指令地址可以根据自动入栈的返回地址计算出。找到了SVC 指令后，就可以读取该SVC 指令的机器码，从机器码中萃取出立即数，就获知了请求执行的功能代号。如果用户程序使用的是PSP，服务例程还需要先执行

MRS Rn,PSP

指令来获取应用程序的堆栈指针。通过分析LR 的值，可以获知在SVC 指令执行时，正在使用哪个堆栈。 
由CM3 的中断优先级模型可知，你不能在SVC 服务例程中嵌套使用SVC 指令（事实上这样做也没意义），因为同优先级的异常不能抢占自身。这种作法会产生一个用法fault。同理，在NMI 服务例程中也不得使用SVC，否则将触发硬fault。

PendSV： 
另一个相关的异常是PendSV（可悬起的系统调用），它和SVC 协同使用。一方面，SVC异常是必须立即得到响应的（若因优先级不比当前正处理的高，或是其它原因使之无法立即响应，将上访成硬fault——译者注），应用程序执行SVC 时都是希望所需的请求立即得到响应。另一方面，PendSV 则不同，它是可以像普通的中断一样被悬起的（不像SVC 那样会上访）。OS 可以利用它“缓期执行”一个异常——直到其它重要的任务完成后才执行动作。悬起PendSV 的方法是：手工往NVIC 的PendSV 悬起寄存器中写1。悬起后，如果优先级不够高，则将缓期等待执行。 
PendSV 的典型使用场合是在上下文切换时（在不同任务之间切换）。例如，一个系统中有两个就绪的任务，上下文切换被触发的场合可以是：

• 执行一个系统调用
• 系统滴答定时器（SYSTICK）中断，（轮转调度中需要） 
  举个简单的例子来辅助理解。假设有这么一个系统，里面有两个就绪的任务，并且通过SysTick 异常启动上下文切换。如图7.15 所示。 
  
  上图是两个任务轮转调度的示意图。但若在产生SysTick 异常时正在响应一个中断，则SysTick 异常会抢占其ISR。在这种情况下，OS 不得执行上下文切换，否则将使中断请求被延迟，而且在真实系统中延迟时间还往往不可预知——任何有一丁点实时要求的系统都决不能容忍这种事。因此，在CM3 中也是严禁没商量——如果OS 在某中断活跃时尝试切入线程模式，将触犯用法fault 异常。 
  
  为解决此问题，早期的OS 大多会检测当前是否有中断在活跃中，只有没有任何中断需要响应时，才执行上下文切换（切换期间无法响应中断）。然而，这种方法的弊端在于，它可以把任务切换动作拖延很久（因为如果抢占了IRQ，则本次SysTick 在执行后不得作上下文切换，只能等待下一次SysTick 异常），尤其是当某中断源的频率和SysTick 异常的频率比较接近时，会发生“共振”。 
  现在好了，PendSV 来完美解决这个问题了。PendSV 异常会自动延迟上下文切换的请求，直到其它的ISR 都完成了处理后才放行。为实现这个机制，需要把PendSV 编程为最低优先级的异常。如果OS 检测到某IRQ 正在活动并且被SysTick 抢占，它将悬起一个PendSV 异常，以便缓期执行上下文切换。如图7.17 所示 
  
  个中事件的流水账记录如下：
  1. 任务 A 呼叫SVC 来请求任务切换（例如，等待某些工作完成）
  2. OS 接收到请求，做好上下文切换的准备，并且pend 一个PendSV 异常。
  3. 当 CPU 退出SVC 后，它立即进入PendSV，从而执行上下文切换。
  4. 当 PendSV 执行完毕后，将返回到任务B，同时进入线程模式。
  5. 发生了一个中断，并且中断服务程序开始执行
  6. 在 ISR 执行过程中，发生SysTick 异常，并且抢占了该ISR。
  7. OS 执行必要的操作，然后pend 起PendSV 异常以作好上下文切换的准备。
  8. 当 SysTick 退出后，回到先前被抢占的ISR 中，ISR 继续执行
  9. ISR 执行完毕并退出后，PendSV 服务例程开始执行，并且在里面执行上下文切换
  10. 当 PendSV 执行完毕后，回到任务A，同时系统再次进入线程模式。

Cortex-M0中断控制和系统控制 

本文摘录于：http://blog.csdn.net/jasenmaodj/article/details/46941605

版权归原作者所有，这里向前辈致敬！

一. NVIC和系统控制块特性

1. 1. 灵活的中断管理：使能/禁止中断，优先级配置

2. 2. 硬件嵌套中断支持

3. 3. 向量化的异常入口

4. 4. 中断屏蔽

5. 5. NVIC寄存器的起始地址：0xE000E100, 对其访问必须是每次32bit

6. 6. SCB的起始地址： 0xE000E010，也是每次32bit访问。

二. 中断使能和清除使能

   1. 中断寄存器是可编程的，用于控制中断请求(异常编号16以上)的使能(SETENA)和禁止(CLRENA), 如下所示：

这里说一下：

对于ARM M0而言，SysTick_Handler是第15号中断，从16号开始是NVIC所控制的外部中断，最多只能有32个外部中断

1. 2. 使能/禁止 中断的代码：

2. 1). C代码：

1. *(volatile unsigned long) (0xE000E100) = 0x4 ; //使能#2中断

2. *(volatile unsigned long) (0xE000E180) = 0x4 ; //禁止#2中断

       2). 汇编代码：

• LDR R0, =0xE000E100 ; //SETEAN寄存器的地址

1. MOVS R1, #04 ; //设置#2中断

2. STR R1, [R0] ; //使能中断#2

       3). CMSIS标准设备驱动函数:

1. void NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type_IRQn); //使能中断#IRQn;

2. void NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type_IRQn); //禁止中断#IRQn;

三. 中断挂起和清除挂起：

   1. 可以通过操作中断挂起(SETPEND)和清除挂起(CLRPEND)，这两个寄存器来访问和修改中断挂起状态。

如果软件配置挂起中断就是软中断的实现！

1. 2.挂起/清除挂起的代码：

2. 1). C代码:

1. *(volatile unsigned long)(0xE000E100) = 0x4 ; //使能中断#2

2. *(volatile unsigned long)(0xE000E200) = 0x4 ; // 挂起中断#2

3. *(volatile unsigned long)(0xE000E280) = 0x4 ; // 清除中断#2的挂起状态

        2). 汇编代码:

1. LDR R0, =0xE000E100 ; //设置使能中断寄存器地址

2. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

3. STR R1, [R0] ; //使能#2中断

4. LDR R0, =0xE000E200 ; //设置挂起中断寄存器地址

5. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

6. STR R1, [R0] ; //挂起#2中断

7. LDR R0, =0xE000E280 ; //设置清除中断挂起寄存器地址

8. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

9. STR R1, [R0] ; //清除#2的挂起状态

        3). CMSIS标准设备驱动函数:

1. void NVIC_SetPendingIRQ(IRQn_Type_IRQn) ; //设置一个中断挂起

2. void NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn_Type_IRQn); //清除中断挂起

3. void NVIC_GetPendingIRQ(IRQn_Type_IRQn) ; //读取中断挂起状态

四. 中断优先级：(0xE000E400~0xE000E41C)

1. 1. 每个外部中断都有一个对应的中断有先级寄存器，每个优先级都是只有一个字节且只有最高2Bit有效；

2. 2. NVIC支持字传输，所以每次访问都会涉及4个中断优先级寄存器。

也就是说ARM MO只是支持四级优先级，并且高优先级中断能够打断低优先级中断。

1. 3. 设置中断优先级代码：(先读一个字，再修改对应字节，最后整个字写回)

2. 1). C代码:

• unsigned long temp; //定义一个临时变量

1. temp = *(volatile unsigned long)(0xE000E400); //读取IRP0值

2. temp &= (0xFF00FFFF |(0xC0 << 16)); //修改中断#2优先级为0xC0

3. *(volatile unsigned long)(0xE000E400) = temp; //设置IPR0

        2). 汇编代码:

• LDR R0, =0xE000E100 ; //设置使能中断寄存器地址

1. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

2. STR R1, [R0] ; //使能#2中断

3. LDR R0, =0xE000E200 ; //设置挂起中断寄存器地址

4. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

5. STR R1, [R0] ; //挂起#2中断

6. LDR R0, =0xE000E280 ; //设置清除中断挂起寄存器地址

7. MOVS R1, #0x4 ; //中断#2

8. STR R1, [R0] ; //清除#2的挂起状态

        3). CMSIS标准设备驱动函数:

1. void NVIC_SetPriority(IRQn_Type_IRQn, uint32_t priority) ; //设置中断优先级

2. uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type_IRQn); //读取中断优先级

3. 这里的priority是0,1,2,3.函数内部会自动移位到对应的优先级最高2位:

4. void NVIC_SetPriority(2, 3) ; //设置#2中断的优先级为0xC0

SYD8801设置中断优先级的方法如下：

NVIC_SetPriority(GPIO_IRQn, 3);
    NVIC_SetPriority(UART0_IRQn, 0);

五. 异常屏蔽寄存器（PRIMASK）

1. .对时间敏感的应用，需要用PRIMASK来屏蔽掉除NMI和硬件错误异常以外的其他所有中断和异常。

2. 2.PRIMASK只有1Bit有效，默认为0，为1时起屏蔽作用。

3. 3.操作PRIMASK的代码：

4. 1). 汇编代码：

1. MOVS R0, #1 ;

2. MSR PRIMASK, R0 ; //使用MSR指令设置PRIMASK值

  2). CPS指令：

1. CPSIE i ; //清除PRIMASK值

2. CPSID i ; //设置PRIMASK值

  3). CMSIS标准设备驱动函数:

1. void _enable_irq(void) ; //清除PRIMASK值

2. void _disable_irq(void) ; //设置PRIMASK值

六. 中断输入和挂起行为

1. 1. Cortex-M0允许电平触发和脉冲触发两种方式；

2. 2. 每个外部中断请求都会对应一个挂起状态寄存器，且只有1bit，当开始处理这个异常时，硬件会自动清除挂起状态；

3. 3. 大多数外设都是使用电平触发，当执行中断服务程序并且清除外设中断信号之前，该信号一直为高：

4. 使用脉冲触发中断时，至少持续1个时钟周期：

• 

七. 中断等待 （中断确认 –> 中断服务处理开始执行）

1. 1. Cortex-M0中断默认等待的时间为16个时钟周期；

2. 2. 中断等待的条件：

3. 1). 改中断使能并且没有被PRIMASK屏蔽掉；

4. 2). 存储器系统没有任何等待。

5. 3. IRQLATENCY的8位信号可以控制中断等待：设置为0，则以最快速度响应中断。

八. 系统异常的控制寄存器（SHPR2，SHPR3）

1. Cortex-M0处理器只有SVC、PendSV和SysTick 3个与OS相关的系统异常才具有可编程的 优先级

2. 符合CMSIS的设备驱动，可使用如下方式访问：

1. 3. 中断控制状态寄存器(ICSR, 0xE000ED04):

2. P139, 表9.6

3. 4. 符合CMSIS的设备驱动，可使用 "SCB -> ICRS" 来访问。

九. 系统控制寄存器(0xE000E000~0xE000EFFF)

1. 1. SCS包括NVIC、调试控制、SysTick定时器；

2. 2. CPU ID基址寄存器(0xE000ED00)，只读，包含处理器ID信息，"SCB -> CPUID" 访问；

3. 3. 应用中断和复位控制寄存器(AIRCR, 0xE000ED0C):

4. 1). 用于应用程序请求系统复位，识别系统的大小端，以及清除所有的异常活动状态：

1. 2). CMSIS 设备驱动，可以使用 "SCB -> AIRCR" 来访问；

2. 3). CMSIS 设备驱动, 请求系统复位的函数：

             Void NVIC_SystemReset(void);

十. 配置和控制寄存器(CCR, 0xE000ED14)

1. 1. CCR 只读， 决定了栈的双字节对齐设置和非对称访问的处理；

2. 2. CMSIS 设备驱动，可以使用 "SCB -> CCR" 来访问；

硬件错误后仿真器的作用

M0内核在发生硬件错误后依旧会输出一些调试信息，以下内容摘录于：《Fundamentals_in_debugging_nRF5x_systems - Hard Fault on nRF52.pdf》，因为对于M0而言处理都一样，所以这里引用如下：

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