STM32 特权级访问的问题

只看该作者 · 2010-7-8 16:01

本帖最后由 mjj123 于 2010-7-9 15:57 编辑

MRS R0, PRIMASK
CPSID I
这两个指令应该是在特权级下才能访问的吧，在用户级下使用的话，产生BusFault的
但是，我在移植ucosii操作系统的时候，在任务切换时，切换到用户级 PSP下运行，运行到关中断函数时，以上两代码处不产生总线中断,也没产生别的异常。
是不是我在调试模式下的原因，还是我的处理器的故障，你们有没有遇到这种问题呢
谢谢各位!

只看该作者 · 2010-7-8 19:22

特权级和用户级跟使用MSP还是PSP是两回事，特权级和用户级都是既可以使用MSP也可以使用PSP。ucosii的官方移植版本是整个代码都运行在特权级。

只看该作者 · 2010-7-8 19:58

谢谢楼上的回答，我也知道ucosii的官方移植版本是整个代码都运行在特权级。
在任务切换的时候，切换到了用户级+PSP下了，这个是可以实现的，切换时在PendSV的例程中实现的，我加入了
MRS    R0, CONTROL
ORR    R0, R0, #0x01                                     ;//用户级
MSR    CONTROL, R0
就切换到用户级了，切换到用户级后，在执行 OS_ENTER_CRITICAL()时，没有出现异常，代码可以执行，但不修改特殊寄存器，也就是没执行效果。
我不知道是我板子的问题呢，还是有别的什么问题，还是我的理解有问题。

只看该作者 · 2010-7-8 21:45

本帖最后由 mjj123 于 2010-7-8 21:49 编辑

我在论坛中找到了以下答案：
在特权状态下才能执行的指令称为特权指令，由特权指令完成的操作当然叫特权操作了。例如x86，在用户状态下执行io指令只相当与nop指令，如果程序运行在用户态，要执行特权操作只有请求操作系统协助才能完成。
在单片机中，ARM就有特权指令，例如操作cpsr和spsr的指令，用户态执行这些指令也相当于nop。不过，很多人写程序时并不使用用户态，而是直接让程序运行在特权态，所以就感觉不出来。另外，很多嵌入式操作系统也不切换处理器状态，例如ucosii。
无论哪一种操作系统，特权保护都是依靠硬件才能实现的，包括windows，因为操作系统并不能拒绝用户程序执行任何一种指令，但是cpu可以根据工作状态选择性地拒绝某些指令的执行。
楼上学习时要注意哪些功能是cpu提供的，哪些功能是操作系统提供的。
在https://bbs.21ic.com/icview-21795-1-1.html的三楼

只看该作者 · 2010-7-8 21:47

在cm3内核权威指南中
（第三章，操作模式这节中）
在线程模式＋用户级下，对系统控制空间（SCS）的访问将被阻止——该空间包含了配
置寄存器s 以及调试组件的寄存器s。除此之外，还禁止使用MSR 访问刚才讲到的特殊功能寄存器——除了APSR 有例外。谁若是以身试法，则将fault 伺候。

（还用第七章异常总线Flault小节中）
哪些因素会导致AHB 回复一个错误信号？
AHB 回复的错误信号会触发总线fault，诱因可以是：
z 企图访问无效的存储器 region。常见于访问的地址没有相对应的存储器。
z 设备还没有作好传送数据的准备。比如，在尚未初始化SDRAM 控制器的
时候试图访问SDRAM。
z 在企图启动一次数据传送时，传送的尺寸不能为目标设备所支持。例如，
某设备只接受字型数据，却试图送给它字节型数据。
z 因为某些原因，设备不能接受数据传送。例如，某些设备只有在特权级下
才允许访问，可当前却是用户级。

根据以上两点，在用户级下执行MRS R0, PRIMASK 这条指令，应该是进入总线异常，
所以我就不明白了

只看该作者 · 2010-7-8 21:52

用户级执行特权级指令，是否产生fault可能跟具体芯片有关系。

ucosii的切换任务不能切换到用户级，因为ucosii的一些系统调用中存在特权级访问，比如挂起pendSV和开关中断，它的正常工作是以工作在特权级为前提的。

只看该作者 · 2010-7-8 22:04

busfault是总线错误，在访问某设备或存储器的时候才可能发生，在用户级执行特权级指令肯定不会引起busfault。
注意“因为某些原因，设备不能接受数据传送。例如，某些设备只有在特权级下
才允许访问，可当前却是用户级。”
是“设备”，执行一条指令不是访问设备。

只看该作者 · 2010-7-9 08:43

本帖最后由 mjj123 于 2010-7-9 08:44 编辑

谢谢各位的关注，
我使用的是stm32系列的处理器，实验的结果就是对特殊寄存器使用MRS、MRS的访问，在特权级下，这些指令时正常执行的；在用户级下，这些指令就相当于NOP。
而在用户级下，对系统控制空间（SCS）的访问会产生busfault，精确数据访问错误。
这就是我实验的结果。
我觉得可能跟具体芯片有关系。但相同的内核对指令的在不懂系列的芯片中应该一样吧。
7楼的观点，如果权威指南中的论述时正确的，就算不是产生总线异常，也应该产生别的异常吧，至少也是个硬fault吧，

6楼的看法，它的正常工作是以工作在特权级为前提的。只是对必须用特权级访问的指令和系统控制空间，以及MPU保护的空间是必须特权级保护的访问和执行的，只要对他们访问时切换到特权级就可以正常工作了。

只看该作者 · 2010-7-9 09:04

回楼上
权威指南上有哪一条能够说明“就算不是产生总线异常，也应该产生别的异常吧，至少也是个硬fault
”？
任务切换是一个系统调用，不是用户级程序，任务切换还要切换到用户模式有什么意义吗？

只看该作者 · 2010-7-9 09:28

回楼上
任务切换是一个系统调用，不是用户级程序，任务切换还要切换到用户模式有什么意义吗？
可以对系统的稳定性有作用的，对操作系统中的全局变量和静态变量的访问，如果设为特权级访问，这个要配合MPU来使用，而我们编写的应用程序（任务）在用户级下运行，那么就是某个任务出错，也不会危害到操作系统的变量（全局和静态的），比如用户级下对系统控制空间的访问时禁止的。

只看该作者 · 2010-7-9 09:43

STM32没有MPU。楼上说的情况是保护模式操作系统，需要硬件的支持，硬件上应该有MMU或MPU。而UCOS本身就是实模式操作系统，只有线程的概念而没有进程的概念。由此可见，UCOS作为软件，不支持你所说的保护模式，STM32作为硬件，没有MPU和MMU，也没法支持保护模式。所以感觉在运行系统调用时切换到用户模式是多此一举。而且“系统调用”顾名思义，是系统对硬件进行操作，而不是用户，本身就应该属于特权级操作。在运行系统调用的时候切换用户级模式不符合操作系统原理。

只看该作者 · 2010-7-9 09:48

本帖最后由 mjj123 于 2010-7-9 09:54 编辑

STM32是没有MPU的，可是别的系列的有MPU啊，我的意思是在任务切换的时候，切换到用户级，在调用关键的系统程序的时候切换的特权级，来对系统的资源实施保护
还有一点，是不是我使用的编译环境的问题呢，我使用的是IARv5.30
还用就是他不执行 //MOVT.W R2, #0x0800R2, #0xXXX 这个指令，这是对R2高16位赋值，第16位没影响。
执行到MOVT.W 指令的时候，如同执行NOP指令

只看该作者 · 2010-7-9 09:50

“而我们编写的应用程序（任务）在用户级下运行，”
这个可以，但比较麻烦，尤其是你的任务里有开关中断等操作的时候。

只看该作者 · 2010-7-9 09:55

在任务切换的时候，切换到用户级，在调用关键的系统程序的时候切换的特权级，来对系统的资源实施保护
对开关中断的实现也不是很难的，不是有SVC吗，也是很容易实现的

只看该作者 · 2010-7-9 10:02

在任务里如果有一段代码需要在关中断的情况下运行，并且要运行在用户级，貌似就没法做到，用户级并且关中断，没办法恢复为特权级，因为关中断时不响应SVC

只看该作者 · 2010-7-9 10:15

在关中断之前执行一条SVC 在SVC中执行特权级切换和关中断操作，就可以实现了

只看该作者 · 2010-7-9 10:34

楼上想的太简单。之后怎么开中断？

只看该作者 · 2010-7-9 10:45

开中断和关中断时成对出现的既然关中断后是在特权级下执行了，那么关中断的时候不就可以先执行SVC 在开中断，开了后就可以响应SVC了（SVC的优先级要高），在例程中切换到线程用户级

只看该作者 · 2010-7-9 11:05

在15楼我说的是“在任务里如果有一段代码需要在关中断的情况下运行，并且要运行在用户级”，是说这段需要关中断的代码要运行在用户级。你说的那是关中断后运行在特权级。

只看该作者 · 2010-7-9 14:36

本帖最后由 mjj123 于 2010-7-9 14:47 编辑

关中断的情况下运行, 并且要运行在用户级，那你用户级的程序
关中断的目的是什么啊，不就是这一段程序不可以被中断吗，要保持原子性。也就是在访问一些临界资源的时候应啊，我们为什么不可以把这些临界资源进行保护下访问呢（也就是在特权级下访问），这样对理解资源有些很好的保护了（因为它们被限制只能特权访问了）。
我们还有必要在用户级下访问临界资源吗？？为什么不给他们一些保护呢，在关中断+特权级下运行。
你关中断只是为了临界资源的利用，你完全可以使用信号量、互斥量等任务间的通信来实现的，也不要关中断吧，关中断对实时操作系统的实时性有很大的影响的。不利于实时性的实现

STM32 特权级访问的问题

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