32、Arm Cortex-M 处理器异常处理机制详解

Arm Cortex-M 处理器异常处理机制详解

1. 异常序列介绍

1.1 异常入口准备

在异常处理程序启动前，根据使用的栈（主栈指针 MSP 或进程栈指针 PSP），相应的栈指针值会被调整。程序计数器（PC）会更新为异常处理程序的起始地址，链接寄存器（LR）会被更新为一个特殊值 EXC_RETURN。这个 32 位的 EXC_RETURN 值，其高 25 位被设置为 1，低 7 位的部分用于保存异常序列的状态信息，例如使用了哪个栈进行压栈操作。该值将在异常返回时使用。

1.2 异常处理程序执行

在异常处理程序内部，通过软件操作来处理触发中断请求的外设。处理器在执行异常处理程序时处于处理模式（Handler mode），在这种模式下：
- 主栈指针（MSP）用于栈操作。
- 处理器以特权访问级别执行。

如果在这个阶段有更高优先级的异常到来，新的中断将被接受，当前正在执行的处理程序将被挂起，并被更高优先级的处理程序抢占，这种情况称为嵌套异常。如果是相同或更低优先级的异常到来，新到来的异常将处于待处理状态，直到当前异常处理程序完成后才会被处理。

当异常处理程序完成时，程序代码执行返回操作，这会使 EXC_RETURN 值被加载到程序计数器（PC）中，从而触发异常返回机制。

1.3 异常返回序列

在某些处理器架构中，使用特殊指令进行异常返回，但这意味着异常处理程序不能像普通 C 代码那样编写和编译。在 Arm Cortex - M 处理器中，使用 EXC_RETURN 值触发异常返回机制。该值在异常入口序列中生成，并存储在链接寄存器（LR）中。当使用允许