求职笔记 . Cortex-M 简述

链接脚本 ​

链接脚本指定了各个段的位置

Cortex-M启动 ​

连接脚本与启动 - 各种固件库中都会提供类似startup_<device>.s的汇编文件，称为启动脚本，里面包含中断向量表和复位代码 - 链接脚本中设置了各个代码段的位置，中断向量表被设置在ROM的开头（0x08000000）,使得硬件复位后正确加载

硬件自动加载：复位后，硬件直接从向量表（固定地址，如 0x08000000）读取前两个值：

1. 初始栈指针（SP）：第一个条目，由硬件自动加载到主栈指针（MSP）。
2. 复位向量（PC）：第二个条目，指向 Reset_Handler 函数，硬件跳转执行。

执行初始化代码Reset_Handler的定义往往在启动脚本中，内部实现了：系统初始化、复制.data数据段、清零.bss段，最终跳转main函数的功能。详见 《Cortex-M 启动脚本分析》

Cortex-M 中断触发过程 ​

外设触发 → NVIC 仲裁优先级 → 硬件自动保存上下文 → 跳转 ISR → 中断结束与恢复

1. 中断信号触发

• 外设或异常源：
  外设（如定时器、GPIO）通过物理信号线向 嵌套向量中断控制器（NVIC） 发送中断请求。
  • 例如：定时器溢出时，硬件自动拉高中断请求线电平。

2. 中断优先级判定

• NVIC 硬件仲裁：
  NVIC 根据中断的优先级（数值越小优先级越高）自动判断是否响应当前中断。
  • 抢占优先级：高优先级中断可抢占正在执行的低优先级中断。
  • 优先级分组：通过 SCB->AIRCR 寄存器配置优先级分组（如抢占位与子优先级的划分）。

3. 硬件自动保存上下文

   触发中断硬件自动压栈，无FPU时压栈顺序如下： PC → LR → xPSR → R0 → R1 → R2 → R3 → R12 其他被ISR使用的寄存器，会由编译器在ISR的代码段中生成压栈出栈代码

   1. PC（程序计数器）：保存被中断程序的返回地址。
   2. LR（链接寄存器）：保存异常返回码（EXC_RETURN），用于指示返回模式和栈类型。
   3. xPSR（程序状态寄存器）：包含当前程序的状态标志（如 NZCV、中断使能位等）。
   4. R0-R3：通用寄存器，用于传递函数参数或临时数据。
   5. R12：通用寄存器，常用于中间运算或调用约定。

   之所以只保存这些寄存器是AAPCS（ARM Architecture Procedure Call Standard）规定的：

   • 参数传递：R0-R3 用于传递前4个函数参数，超过部分通过栈传递；返回值通过 R0 返回。
   • 寄存器保存：R4-R11 由被调用函数保存（需压栈保护），R0-R3、R12 由调用者保存。
   • 浮点寄存器：若有浮点单元（FPU），S0-S15 由调用者保存，S16-S31 由被调用者保存。

   将一部分寄存器交由编译器控制，可以提高响应速度

4. 跳转至中断服务函数

• 中断向量表查询：
  硬件根据中断号（如 TIM2_IRQn）从中断向量表中获取对应的 中断服务函数（ISR）入口地址，并跳转执行。
  • 向量表地址默认在 Flash 起始位置，可通过 SCB->VTOR 重定位。

5. 中断结束与恢复

• 硬件自动恢复上下文：
  当 ISR 执行 BX LR 或 POP {PC} 后，硬件自动弹栈恢复寄存器值，返回被中断的程序。
  • 末尾连锁优化：若存在挂起的中断，硬件会直接跳转至新中断，减少压栈/弹栈开销。