Cortex-M内核知识点总结

只看该作者 · 2023-9-15 14:26

最终定位到发生问题的函数： shell_version_cmd --> unti_strcmp --> LDRB r2 ,[r1,#0] 。进一步分析原因可继续追溯栈的内容，查出 until_strcmp 参数输入内容，最终发现为until_strcmp 的第二个参数在出异常是为非法地址，访问非法地址导致HardFault

只看该作者 · 2023-9-15 14:28

深入理解中断
中断输入和悬起行为

只看该作者 · 2023-9-15 14:29

我们使用外部中断的高电平触发方式来解释中断的过程，如上图中断请求表示外部输入引脚高电平持续的时间，内核检测到中断请求后，将悬起对应的中断（中断标志置位），中断悬起后，可能不是立马执行服务程序，比如当前在临界区，退出临界区后，处理器模式切换成Handler 模式，并开始执行中断服务程序，清除中断标志，执行完成后，退出服务，处理器模式切换成线程模式。若中断请求不是期望中的只请求一次能，比如一直存在请求，多次间断请求等又会是怎样的情况呢

只看该作者 · 2023-9-15 14:30

请求信号一直保持
首先中断悬起后，只会在服务程序中清除，因此在清除了悬起后，等待中断返回，由于请求信号一直有，中断会再次被悬起，然后再次执行中断服务程序。

只看该作者 · 2023-9-15 14:30

只看该作者 · 2023-9-15 14:30

执行服务前多次请求
因为在第一次请求时中断就被悬起，且在下次请求前没有进入服务程序清除悬起，因此只会执行一次中断服务。

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

执行服务后再次请求
在下图中，进入中断服务程序后，悬起状态便被清除，但是还未退出中断后，中断请求再次到来，此时中断被再次悬起，且在服务程序退出后，立即又执行中断服务程序，这里内核会取消退出服务程序的出栈，以及进入服务程序的入栈（后面会具体介绍），这种中断情况称为：中断咬尾

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

中断优先级分组
在配置中断前，我们首先需要设置的就是优先级分组，然后设置抢占优先级和从优先级 , 数值越小优先级越高，类似下面的配置：

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

//选择使用优先级分组第1组
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

// 使能EXTI0中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 指定抢占式优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 指定响应优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 使能EXTI9_5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQChannel;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 指定抢占式优先级别0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 指定响应优先级别1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

只看该作者 · 2023-9-15 14:32

首先是分组，如上表，分组决定了抢占优先级和从优先级 (响应优先级)的取值范围。抢占优先级好理解，抢占优先级高的中断可以打断抢占优先级低的中断，响应优先级呢？在两个中断的抢占优先级相同时，它们不具备抢占功能。这时若两个中断同时到达，则按照从优先级的高低决定先执行哪个。中断的同时到达很容易产生误解，同时触发？网上很少有详细解释这一点的，同时触发的机率是很小的（如外部中断同时触发），不管误差有多小总有个先来后到，如果只是这样，还有必要设计从优先级吗，概率极小，多数情况有个先来后到，完全可以像RTOS 线程优先级只一个抢占优先级那样处理。在了解了中断悬起行为后，就能理解，为什么需要从优先级。通过下图理解所谓的中断同时到达。

只看该作者 · 2023-9-15 14:33

只看该作者 · 2023-9-15 14:33

从上图可以看到，在进入临界区后，中断1的请求先到达，所以中断1先被悬挂，但是此时无法执行服务程序，中断2随后到达，也被悬挂，也无法执行。在退出临界区后，由于中断2的从优先级高，所以先得到执行，因此上面说的两个中断同时到达，并不是说中断同时请求，而是在执行服务前，存在两个相同抢占优先级的中断同时处于悬挂状态，这时根据从优先级决定先执行谁。
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只看该作者 · 2023-9-15 15:44

中断咬尾
在上面的相同抢占优先级，不同从优先级中， IRQ2 服务和 IRQ1 服务按一般的中断流程，在执行服务程序前需要保护现场（入栈），在退出中断服务程序前要恢复现场（出栈），但是上面的这种情况是可以省略这个过程的，因为栈的数据在这个过程中没变化（主程序没来得及执行，之前保存的现场未发生改变，另一个中断服务又开始了），将数据取出来，然后一模一样的又存进去完全没必要。这样看起来就像是前一个中断的尾巴（出栈）被下一个中断咬住（去尾去头将两个中断连在一起），咬尾中断有效的减少了中断的延迟。

只看该作者 · 2023-9-15 15:44

只看该作者 · 2023-9-15 15:44

只看该作者 · 2023-9-15 15:45

中断的具体行为
前面我们介绍了中断的请求与悬起，中断过程中处理器的模式和特权等级的变化。但是具体过程没有说明，比如中断过程寄存器是如何变化的，在中断跳转前，要进行哪些操作，中断返回后有需要哪些操作。理解了中断的具体行为，就能解释为何要求不要频繁进入中断。

只看该作者 · 2023-9-15 15:45

入栈
在响应中断前，最先做的就是保护现场，比如当前正在计算 c = a + b , 我们已经将 a 的值从内存中加载到 R0 ，将 b 的值加载到 R1 然后进行了求和运算，并把结果存在R0中，若a , b 特别大，特殊功能寄存器程序状态字中的进位标志会被触发，此时还没有将结果从R0 写入到内存中（c在内存的地址），发生了中断，在中断中，可能会有运算，或者函数调用，也会用到R0-R15 以及特殊功能寄存器，但是前面的运算还没有结束，不能破坏了现场，不然中断返回后，就不能接着执行了，这时就需要保存寄存器中的值，保存到哪里？保存到栈中，栈在哪里？栈在内存中。由于我们做运算或者加载写入数值，函数调用一般只会用到 R0-R3 ，因此，R0-R3 ,R12(内部调用暂时寄存器 ) ， R14(连接寄存器LR) ，程序状态字寄存器XPSR ， PC 等将会被硬件自动保存到栈中，若用到了R4-R11 ，则需要用PUSH 指令手动保存。这些在第二部分会有详细介绍。还有一点要注意，到底是入哪个栈 , MSP 还是PSP , 裸机系统我们一般只使用MSP，而RTOS中线程会使用PSP 。