Cortex-M内核知识点总结

只看该作者 · 2023-9-15 12:07

总览

Cortex内核基础寄存器组

程序在经过编译后，生成可执行二进制文件，如上图，是截取某个函数在flash中存储的内容 (反汇编文件)

只看该作者 · 2023-9-15 12:07

可以看到以下信息：
指令的存储地址，指令的二进制内容，指令代表的汇编类容
指令存在32位指令和 16位指令，具体可参考权威指南中的：Thumb指令集和 ARM指令集

只看该作者 · 2023-9-15 12:08

此函数的执行过程细节：
PC指针指向函数开始执行地址 0x0800d130 , 内核的取指单元根据地址，将内容 f24754a0 由flash读取到内核
译码单元翻译 f24754a0 ----> MOV r4 , #0x75a0 , 可以看出二进制格式和汇编是相关的，内核存在一套译码规则，比如 f2 表示 MOV
执行单元执行此指令，将立即数 0x75a0 存到通用寄存器 R0
PC 增加，继续上述过程，直到整个函数执行完成

只看该作者 · 2023-9-15 12:29

只看该作者 · 2023-9-15 12:30

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指令流水线

只看该作者 · 2023-9-15 12:31

流水线的引入充分利用到了3个指令控制单元，提高了指令处理效率，同时也引入了一些问题。在时钟周期1完成了指令1的取指，在时钟周期3才执行指令1，若指令1是个条件分支语句，那个指令1的下一条指令是不确定的，这时候内核的取指2和取指3 是进行分支预测的，若预测失败，那么这两次的预先取指将无效，将花费更多的时间重新取指，因此在写if else 时，尽可能将最大可能发生的条件放在首位，这样能减小分支预测错误的概率。

只看该作者 · 2023-9-15 12:35

复位序列
启动文件分析
栈与堆空间分配 (在不使用标准库中的malloc时，堆空间被优化)

只看该作者 · 2023-9-15 12:35

中断向量表

只看该作者 · 2023-9-15 12:35

复位处理函数

SystemInit : 初始化时钟，初始化中断向量表偏移
__main
将未初始化内存区（.BSS or ZI）清零
调用下面的堆栈初始化函数 __user_initial_stackheap
进入main函数

只看该作者 · 2023-9-15 12:36

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堆栈初始化函数

只看该作者 · 2023-9-15 12:36

复位过程

只看该作者 · 2023-9-15 12:37

中断向量表的存储地址 0x08000000 + 4 , 0x08000000存储的为MSP的值， ARM会将flash的0地址自动映射到 0x8000000。这里有一个需要思考的问题，为什么需要将MSP的初值放到0地址？这个初值又是多少？原因如下：

在Reset_Hander中，首先会调用 SystemInit 函数，这是一个C函数，且函数里边还会调用其他函数，此时汇编文件中的栈还未进行初始化（_main）, 因此需要一个栈空间来保存函数调用过成，仿真可发现初值MSP是一段内存0x20000000很靠前的一个地址，MSP会零时使用此值，待SystemInit 执行完后归还，在调用 __main后 MSP的值初始化成map文件中的值。

只看该作者 · 2023-9-15 12:37

数据结构-栈

只看该作者 · 2023-9-15 12:37

走迷宫的过程：

每次经过一个分叉口，给分叉口一个编号，选择一个岔路口走下去
循环上诉过程，直到走出迷宫，或者走到死路
若走到死路，则根据记录的信息，回退到上一个岔路口，走之前未选的岔路，循环直到走出迷宫或者走到死路
重复此过程，直到找到出口

只看该作者 · 2023-9-15 12:37

/*函数调用过程与走迷宫类似，下面的函数 func1在执行过程中，会打断当前执行流程，去执行func2 ,
去执行func2前，应该记录当前func1的执行环境，如记录c的值，记录参数a和b ，当func2执行完后，
要退回func1继续执行*/

uint16_t func1(uint8_t a , uint8_t b)
{
uint16_t c = 0;
c = a + b; /*a 和 b 作为参数通过 R0 和 R1传递，计算结果会存在 R0 , R1 ， R3*/
func_2(c); /*在跳转执行func2 前，参数 a ,b ,c 需要保存，*/
return c;
}

void func2(uint16_t d)
{
uint32_t e;
e = d*d +2*d；
}

只看该作者 · 2023-9-15 12:37

栈在内存中的地方

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