MM32F013x——IEC60730-1 B类认证软件设计指南（二）

2万 · 2021-5-25 16:30

在上一章节中我们介绍了主要介绍了ClassB软件的作用、框架和流程等，本章节将给大家介绍CPU寄存器检测实现方法。
01
CPU寄存器自检
R0 ~ R12我们称为通用寄存器，其中寄存器R0 ~ R7我们称为低寄存器，寄存器R8 ~ R12我们称为高寄存器，可用于数据操作。

在对R0 ~ R12寄存器进行操作时需要注意：绝大多数 16 位 Thumb 指令只能访问 R0‐R7，而 32 位 Thumb‐2 指令可以访问所有寄存器。

2万 · 2021-5-25 16:31

R13作为堆栈指针 SP，SP有两个：
主堆栈指针(MSP)：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）。
进程堆栈指针(PSP)：由用户的应用程序代码使用。

R14连接寄存器：当呼叫一个子程序时，由 R14 存储返回地址。

CPU自检在启动时和运行时都会进行，在启动时，所有寄存器(R0~R12，PSP，MSP)和标记的功能测试都会进行一次自检；运行时，周期性自检，不检测R13，R14，仅检测寄存器R0~R12。

2万 · 2021-5-25 16:32

02
CPU寄存器测试原理
在mm32_cpu_startKeil.s与mm32_cpu_runKeil.s文件中会对CPU寄存器进行测试，其中mm32_cpu_startKeil.s文件中的测试为启动过程中对CPU寄存器进行的测试，mm32_cpu_runKeil.s文件中的测试为运行自检流程中的CPU寄存器测试，其原理为对寄存器每一位写0和写1操作，对比是否有错误。

具体实现：分别写入0xAAAAAAAA和0x55555555再进行比较是否为写入的值。

2万 · 2021-5-25 16:33

03
CPU寄存器测试实现
以启动时CPU自检程序为例进行分析，将conAA数据定义为0xAAAAAAAA，将con55定义为0x55555555，并使用EXPORT指令进行声明。

conAA    DCD    0xAAAAAAAA
con55    DCD    0x55555555
con80    DCD    0x80000000
conA8    DCD    0xAAAAAAA8
con54    DCD    0x55555554

EXPORT conAA
EXPORT con55
声明函数ClassB_StartUpCPUTest函数，并进行CPU寄存器中的R1寄存器的检测，先将conAA的数据赋值给R0寄存器，然后赋值给R1寄存器，然后比较R0与R1寄存器的数据，如果两者的数据相同则将con55分别赋值给R1与R0寄存器进行比较，否则会跳转执行CPUTestFail函数，如果两者的数据相同则将0x01赋值给R1寄存器，否则将会跳转到CPUTestFail函数中。

; Register R1
LDR R0, =conAA
LDR R1,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R1
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R1,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R1
BNE CPUTestFail
MOVS R1, #0x1          ; For ramp test

2万 · 2021-5-25 16:34

在汇编程序中大家可以看到，如果检测失败，会跳转到CPUTestFail函数执行，如果检测成功则进行下一步的检测。

依次针对R2  ，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12寄存器进行与R1一样的操作，在上述的寄存器比较完成以后相应的寄存器会被赋予新的数据。

Class_StartUpCPUTest PROC
   EXPORT Class_StartUpCPUTest

PUSH {R4-R6}             ; Safe critical registers

MOVS R0, #0x00
UXTB R0,R0
ADDS R0,#0                         ; Set Z(ero) Flag
BNE CPUTestFail       ; Fails IF Z clear
BMI CPUTestFail       ; Fails if N is set
SUBS R0,#1          ; Set N(egative) Flag
BPL CPUTestFail       ; Fails if N clear
ADDS R0,#2             ; Set C(arry) Flag and do not set Z
BCC CPUTestFail       ; Fails if C clear
BEQ CPUTestFail       ; Fails if Z is set
BMI CPUTestFail       ; Fails if N is set

LDR R0,=con80                ; Prepares OveRFlow test
LDR R0,[R0]
ADDS R0, R0, R0       ; Set V(overflow) Flag
BVC CPUTestFail       ; Fails if V clear

; This is for control flow test (ENTRY point)
LDR R0,=CtrlFlowCnt
LDR R1,[R0]
ADDS R1,R1,#0x3          ; CtrlFlowCnt += OxO3
STR R1,[R0]

; Register R1
LDR R0, =conAA
LDR R1,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R1
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R1,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R1
BNE CPUTestFail
MOVS R1, #0x1          ; For ramp test

; Register R2
LDR R0, =conAA
LDR R2,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R2
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R2,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R2
BNE CPUTestFail
MOVS R2, #0x2          ; For ramp test

; Register R3
LDR R0, =conAA
LDR R3,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R3
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R3,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R3
BNE CPUTestFail
MOVS R3, #0x3          ; For ramp test

; Register R4
LDR R0, =conAA
LDR R4,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R4
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R4,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R4
BNE CPUTestFail
MOVS R4, #0x4          ; For ramp test

; Register R5
LDR R0, =conAA
LDR R5,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R5
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R5,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R5
BNE CPUTestFail
MOVS R5, #0x5          ; For ramp test

; Register R6
LDR R0, =conAA
LDR R6,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R6
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R6,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R6
BNE CPUTestFail
MOVS R6, #0x6          ; For ramp test

; Register R7
LDR R0, =conAA
LDR R7,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R7
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R7,[R0]
LDR R0,[R0]
CMP R0,R7
BNE CPUTestFail
MOVS R7, #0x7          ; For ramp test

; Register R8
LDR R0, =conAA
LDR R0,[R0]
MOV R8,R0
CMP R0,R8
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R0,[R0]
MOV R8,R0
CMP R0,R8
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x08          ; For ramp test
MOV R8,R0

BAL CPUTstCont

CPUTestFail
BLAL FailSafePOR

CPUTstCont
; Register R9
LDR R0, =conAA
LDR R0,[R0]
MOV R9,R0
CMP R0,R9
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R0,[R0]
MOV R9,R0
CMP R0,R9
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x09          ; For ramp test
MOV R9,R0

; Register R10
LDR R0, =conAA
LDR R0,[R0]
MOV R10,R0
CMP R0,R10
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R0,[R0]
MOV R10,R0
CMP R0,R10
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0A          ; For ramp test
MOV R10,R0

; Register R11
LDR R0, =conAA
LDR R0,[R0]
MOV R11,R0
CMP R0,R11
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R0,[R0]
MOV R11,R0
CMP R0,R11
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0B          ; For ramp test
MOV R11,R0

; Register R12
LDR R0, =conAA
LDR R0,[R0]
MOV R12,R0
CMP R0,R12
BNE CPUTestFail
LDR R0, =con55
LDR R0,[R0]
MOV R12,R0
CMP R0,R12
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0C          ; For ramp test
MOV R12,R0
LDR R0, =CPUTstCont
R1~R12寄存器比较完成以后会在Ramp中做进一步的判断，判断R1寄存器的数值是否为0x01，R2寄存器的数值是否为0x02，依次判断到R12寄存器，如果以上的判断都是正确的则说明R1~R12寄存器验证通过。

2万 · 2021-5-25 16:34

; Ramp pattern verification (R0 is not tested)
CMP R1, #0x01
BNE CPUTestFail
CMP R2, #0x02
BNE CPUTestFail
CMP R3, #0x03
BNE CPUTestFail
CMP R4, #0x04
BNE CPUTestFail
CMP R5, #0x05
BNE CPUTestFail
CMP R6, #0x06
BNE CPUTestFail
CMP R7, #0x07
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x08
CMP R0,R8
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x09
CMP R0,R9
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0A
CMP R0,R10
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0B
CMP R0,R11
BNE CPUTestFail
MOVS R0, #0x0C
CMP R0,R12
BNE CPUTestFail
对R13的自检功能与通用寄存器的操作不同，需要先保存堆栈到R0，操作如下：

; Process Stack pointer (banked Register R13)
MRS R0,PSP       ; Save process stack value

LDR R1, =conA8    ; Test is different (PSP is word aligned, 2 LSB cleared)
LDR R1,[R1]
MSR PSP,R1       ; load process stack value
MRS R2,PSP       ; Get back process stack value
CMP R2,R1          ; Verify value
BNE CPUTestFail

LDR R1, =con54    ; Test is different (PSP is word aligned, 2 LSB cleared)
LDR R1,[R1]
MSR PSP,R1       ; load process stack value
MRS R2,PSP       ; Get back process stack value
CMP R2,R1          ; Verify value
BNE CPUTestFail

MSR PSP, R0       ; Restore process stack value

; Stack pointer (Register R13)
MRS R0,MSP       ; Save stack pointer value

LDR R1, =conA8    ; Test is different (SP is word aligned, 2 LSB cleared)
LDR R1,[R1]
MSR MSP,R1          ; load SP value
MRS R2,MSP          ; Get back SP value
CMP R2,R1          ; Verify value
BNE CPUTestFail

LDR R1, =con54
LDR R1,[R1]          ; load SP value
MSR MSP,R1          ; Get back SP value
MRS R2,MSP          ; Verify value
CMP R2,R1
BNE CPUTestFail

MSR MSP,R0          ; Restore stack pointer value

; Control flow test (EXIT point)
LDR R0,=CtrlFlowCntInv
LDR R1,[R0]
SUBS R1,R1,#0x3       ; CtrlFlowCntInv -= OxO3
STR R1,[R0]

POP {R4-R6}          ; Restore critical registers

; If next instruction is not executed, R0 will hold a value different from 0
MOVS R0, #0x1    ; CPUTEST_SUCCESS
BX LR             ; return to the caller

ALIGN

ENDP

  END

2万 · 2021-5-25 16:35

以上代码是在启动时CPU寄存器自检的汇编代码，在运行时CPU寄存器自检功能与启动自检的代码原理相同，只是对寄存器操作个数有差异，运行时不用对R13\14进行操作。

在汇编程序中我们会使用CMP指令进行判断，后面会跟着BNE指令，其作用就是判断如果CMP判断的两个寄存器不相等，则直接执行BNE指令后面的CPUTestFail函数，直接提醒错误报警，或可以添加对应的处理机制。