8、嵌入式系统中的高效I/O编程

嵌入式系统中的高效I/O编程

1. Cortex-M3输入/输出硬件

在嵌入式系统中，输入/输出（I/O）编程是实现高效数据传输和处理的关键。Cortex-M3处理器的I/O硬件设计为开发者提供了多种机制来优化I/O操作。以下是关于Cortex-M3 I/O硬件的一些重要概念和技术。

1.1 中断和异常

中断是嵌入式系统中提高响应时间的重要机制。中断作为一种特殊的异常情况，能够在不中断主程序执行的情况下处理外部事件。例如，当电话铃响时，你会暂时停止处理税务并接听电话，处理完后再继续处理税务。这在实时系统中显著提高了响应时间。

中断服务例程（ISR）是处理中断的具体代码段。当发生异常时，处理器会执行一组特殊的指令来处理异常。例如，除以零、未定义的指令或非法的未对齐内存访问都会触发异常。

1.2 线程模式和处理程序模式

Cortex-M3处理器有两种运行模式：线程模式和处理程序模式。在执行主程序或线程时，处理器处于线程模式；在执行处理程序时，处理器处于处理程序模式。这两种模式通过处理器状态字（PSR）的0到8位来区分。在线程模式下，这些位都是零；在处理程序模式下，它们包含一个非零数字，用于识别异常类型。

1.3 进入异常处理程序

当处理器识别到异常时，会自动执行一系列特定的动作：
1. 堆栈操作 ：将R0到R3、R12、返回地址以及PSR和链接寄存器（LR）的内容推送到堆栈上。
2. 异常身份记录 ：识别异常，并使用该异常号从向量表中定位并复制相应处理程序的起始地址到程序计数器（