Cortex-M3 双堆栈指针的理解以及在RTOS中的应用

最新推荐文章于 2024-06-25 16:32:18 发布

Xin_Lindsay

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分类专栏： RTOS学习文章标签：单片机 mcu

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在RTOS移植到Cortex-M3上，PendSV中断常用于任务切换。通过ORRLR,LR,#0x04指令改变LR的bit2，从而在异常返回时选择使用PSP作为堆栈指针，实现从MSP到PSP的切换。PendSV中断具有最低优先级，确保任务切换的顺序。

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在把RTOS移植到Cortex-M3内核上的项目中，在PendSV中断中都会有一句ORR LR, LR, #0x04，网上大量的资料都显示这条语句会改变堆栈指针，由MSP改变为PSP。在学习的时候有几个疑问出现，特此记录一下。

1、为什么在使用RTOS的时候要把SP指针从MSP改为PSP呢？
Cortex-M3内核中有两个堆栈指针（MSP&PSP），但任何时刻只能使用其中的一个。在我们使用裸机编程的时候，一般默认只使用MSP；而在使用RTOS编程的时候，应用程序task选择使用PSP；在Handler模式下（中断函数中），MCU只允许使用主堆栈指针MSP。网上有一篇博客把MSP和PSP分析的很透彻，https://blog.youkuaiyun.com/u012351051/article/details/125107815，建议仔细阅读。

2、ORR LR, LR, #0x04 是怎么把SP指针从MSP改为PSP的？
根据Cortex-M3的异常处理流程，当发生异常时，MCU会先将xPSR, PC, LR, R12以及R3‐R0压入当前堆栈，若此时SP是MSP就压入MSP堆栈，若是PSP则压入PSP堆栈。然后MCU会自动将LR设置为一个特殊的值，只有表中的这些值是合法的。
0xFFFFFFE1和0xFFFFFF1表明从一个中断返回到另一个中断，在此期间全部使用MSP指针，因为在Handler模式下（中断函数中），MCU只允许使用主堆栈指针MSP。
0xFFFFFFE9和0xFFFFFF9表明从MSP堆栈中恢复寄存器，然后继续使用MSP指针，相当于进入中断前就使用的是MSP指针。
0xFFFFFFED和0xFFFFFFD表明从PSP堆栈中恢复寄存器，然后继续使用PSP指针，相当于进入中断前就使用的是PSP指针。

ORR LR，LR，#0x04 这条指令的含义可以理解为将LR寄存器的bit2置1。

ORR LR，LR，#0x04 这条语句是放在PendSV中断中的，且PendSV中断的优先级设定的是最低的，所以此时的LR寄存器只有两种可能性，0xFFFFFF(E/F)9或者0xFFFFFF(E/F)D。如果是第一次进行任务切换，那么LR寄存器的值应该是0xFFFFFF(E/F)9，因为先前RTOS还没跑起来，使用的是MSP，通过ORR LR，LR，#0x04这条指令将LR变为0xFFFFFF(E/F)D。如果进入中断前使用的已经是PSP指针了，那么LR的值应为0xFFFFFF(E/F)D，那么ORR LR，LR，#0x04这条指令并不会对LR这个值有任何影响。至此从PendSV中断服务函数执行完成之后LR的值必为0xFFFFFF(E/F)D，SP就必定是使用PSP的了。