8、Cortex - M处理器中断与异常处理详解

Cortex - M处理器中断与异常处理详解

1. 操作模式

Cortex - M CPU执行后台（非中断代码）时处于线程模式（Thread mode）。当有中断产生，嵌套向量中断控制器（NVIC）会使处理器跳转到相应的中断服务程序（ISR），此时CPU切换到处理模式（Handler mode）。

在没有实时操作系统（RTOS）的简单应用中，可使用Cortex - M处理器复位后的默认配置，这两种操作模式在功能上没有重大差异，在线程模式和处理模式下都能访问微控制器的所有资源。不过，Cortex - M处理器也能配置为更复杂的操作模型，这种模型会使线程模式和处理模式在操作上有所不同，限制对某些处理器寄存器和指令的访问。

2. 中断处理 - 进入

当微控制器外设发出中断信号时，NVIC会并行执行两件事：
- 通过I - CODE总线获取异常向量，该向量是中断服务程序的入口地址，此地址会被压入程序计数器R15，使CPU跳转到中断程序的起始处。
- CPU自动将关键寄存器压入堆栈，并在中断服务程序结束时将它们弹出。堆栈帧包含以下寄存器：xPSR、PC、LR、R12、R3、R2、R1、R0。堆栈帧保存了处理器的状态，并为中断服务程序提供R0 - R3使用。若中断服务程序需要使用更多CPU寄存器，必须在进入时将它们压入堆栈，退出时弹出。

在Cortex - M3/M4/M7上，中断进入过程需要12个周期，在Cortex - M0上需要16个周期。这些操作由CPU中的微代码处理，编译器会提供额外的入口代码。实际应用中，只需将服务程序写成“C”函数即可。

异常向量存储在中断向量表中，该表位于地址空间的起始处0x0