【微处理器系统原理与应用设计第四讲】Cortex-M4处理器内核和存储系统以及异常处理机制

一. Cortex-M4处理器的主要特点

（1）32位RISC处理器，其内核采用哈佛总线结构（程序指令存储和数据存储分开），取指令和数据访问可以同时进行。

（2）内部含有32位寄存器组，内部数据通路和总线接口，可以高效处理8位和16位数据，还支持涉及64位数据的多种运算

（3）工作在Thumb状态，采用Thumb-2指令体系。

区分ARM状态和Thumb状态：

1. ARM状态是ARM处理器的默认状态，支持所有32位的指令集，在ARM状态下，存储器可以同时访问32位的数据和地址空间，具有更好的代码效率和执行速度。

2. Thumb状态是另一种工作状态，支持16位指令集，有着更高的代码密度和功耗。Thumb-1指令是16位的指令格式，能够提供基本的数据处理和流程控制操作，包括算术运算、逻辑运算、条件分支和跳转等。而Thumb-2指令则是32位的指令格式，可以执行高级的数据处理和存储访问操作，并且支持更复杂的程序控制结构，如循环和函数调用等。同时，Thumb-2指令还能够使用更强大的32位数据寄存器，提高了数据处理性能。

二. 寄存器组

寄存器组中有16个寄存器，其中13个32位通用寄存器，另外三个有特殊用途。

（1）通用寄存器R0~R12

R0~R7为低寄存器，R8~R12为高寄存器。由于指令中可用的空间有限，因此许多16为指令只能访问低寄存器。高寄存器则可以用于32位指令和几个16位指令。

（2）栈指针R13（SP）

栈指针R13用于指明当前栈存储单元的地址，用于栈存储的访问。改变它的值既可以使用赋值或者运算指令实现，也可以使用栈操作指令实现。另外，异常进入与返回时会自动改变值。

处理器有两个栈指针：主栈指针（MSP）和进程栈指针（PSP）。前者为