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說明:
本文總結的僅限于armv8-M架構，實現main extension，支持Trustzone

目錄

• • • • 1、簡介
      • 2、寄存器
      • • 2.1 寄存器的總結
        • • 2.1.1、通用寄存器，所有的都是32位:
          • 2.1.2、特殊寄存器:
          • 2.1.3、Memory-mapped寄存器
        • 2.2 、XPSR, APSR, IPSR, and EPSR的介紹
        • • 2.2.1 、Interrupt Program Status Register (IPSR)
          • 2.2.2 、Execution Program Status Register (EPSR)
        • 2.3、CONTROL寄存器
      • 4、指令集ISA
      • 4、安全狀態
      • 5、異常號和異常優先級

1、簡介

Cortex-M 處理器系列基于 M-Profile 架構，可為深度嵌入式系統提供低延遲和高度確定性的操作。我們最新一代的 Cortex-M 處理器是 Cortex-M55。Cortex-M55 是第一款基于 Armv8.1-M 架構的處理器，采用向量處理擴展 Arm Helium 技術。Cortex-M55 為下一代小型嵌入式設備（包括可穿戴設備、智能揚聲器等）帶來更高水平的機器學習和信號處理性能。

Cortex-M 處理器旨在支持微控制器市場

• 基于 RISC 架構，大多數指令在單個周期內執行
• 編程更簡單——整個應用程序都可以用 C 語言編程
• 所需的功能比Cortex-A少

其他 ARM 內核的寄存器和 ISA變化

• 使用的是Thumb指令，不支持 ARM 指令集(即不支持A32，不支持A64)
• 通用寄存器僅僅SP是banked
• 兩種操作模式：Thread模式和Handler模式

不同的模式和異常模型

• 只有兩種執行模式：Thread 和 Handler 模式
• 向量表由地址組成，不包含指令
• 異常自動將狀態（R0-R3、R12、LR、ReturnAddress、RETPSR）保存在堆棧上

不同的系統控制/內存布局

• 內核有一個固定的內存映射
• 無協處理器 C15 – 通過內存映射控制寄存器控制 (MRS,MSR)

ARMv8-M 是 32 位加載/存儲架構

• 唯一允許的內存訪問是加載和存儲
• 大多數內部寄存器都是 32 位寬

編程模型
兩種模式: Thread mode 和 Handler mode
在Thread mode下又有2個執行級別: privileged 和 Unprivileged

2、寄存器

2.1 寄存器的總結

2.1.1、通用寄存器，所有的都是32位:

• R0-R12 (Rn).
• R13 堆棧寄存器 (SP).
• R14 鏈接寄存器 (LR).
• R15 程序計數器 (PC)

2.1.2、特殊寄存器:

• 掩碼(MASK)寄存器:
  (1)、異常掩碼寄存器:PRIMASK
  (2)、優先級掩碼寄存器:BASEPRI.
  (3)、錯誤掩碼寄存器:FAULTMASK

• 控制寄存器：CONTROL

• 2個棧指針限制寄存器：MSPLIM 和 PSPLIM

• 程序狀態寄存器:Program Status Register (XPSR), 包含:
  (1)、Application Program Status Register (APSR).
  (2)、Interrupt Program Status Register (IPSR).
  (3)、Execution Program Status Register (EPSR)

2.1.3、Memory-mapped寄存器

除此之外，還有一些memory-mapped的寄存器

2.2 、XPSR, APSR, IPSR, and EPSR的介紹

msr、mrs 可以分段訪問這些寄存器

2.2.1 、Interrupt Program Status Register (IPSR)

• 當PE在Thread模式時, IPSR值是0
• 當PE在Handler模式時，
  (1) 當一個異常進入是IPSR 保存著正在處理的異常的異常號
  (2) 當Secure state到Non-secure state 調用時，IPSR值是1
• 使用MRS指令強行修改IPSR, 不會生效的

2.2.2 、Execution Program Status Register (EPSR)

主要是EPSR.T 比特位

• 0 - 任何指令都將產生 INVSTATE錯誤 或 HardFault
• 指令集使用T32

2.3、CONTROL寄存器

• 僅僅Privileged execution狀態可以寫控制寄存器，Privileged和unPrivileged狀態都可以讀控制寄存器。
• 該體系結構需要一個Context同步事件來保證對CONTROL寄存器更改的可見性
• 當一個異常進入或者退出時，硬件會自動修改CONTROL.SPSEL, 當PE在Thread mode時CONTROL.SPSEL可用于選擇棧指針

4、指令集ISA

所有 Cortex-M 處理器都支持稱為 Thumb 的指令集。 當 Thumb-2 技術可用時，完整的 Thumb 指令集在擴展時變得相當大。 但是，不同的 Cortex-M 處理器支持 Thumb ISA 中可用的不同指令子集，如下圖所示：

4、安全狀態

• 如果實施了安全擴展，則標記為安全的內存區域和其他關鍵資源只有在 PE 以安全狀態執行時才能訪問
• 如果實施了安全擴展， 則在 Cold reset 和 Warm reset時，PE將進入Secure狀態
• 如果實施了安全擴展， 則在 Cold reset 和 Warm reset時，PE將進入NON-Secure狀態

實施了安全擴展后，下列寄存器都是banked by security：

• 通用寄存器中的R13(SP)
• 特殊寄存器中的 : MASK寄存器(PRIMASK, BASEPRI, FAULTMASK)、CONTROL 寄存器、棧指針限制寄存器(MSPLIM ,PSPLIM)
• System Control Space (SCS)

MRS 和MSR指令編碼中的bit[7]表示操作的是哪組寄存器(Secure or NON-Secure)

cortex-A Trustzone 和 cortex-M Trustzone的對比：

在cortex-M上，雙系統的切換，使用的是 Secure Gateway (SG) 指令，但只允許在特殊的memory上調用SG，即使NSC(non-secure callable)

5、異常號和異常優先級

cortex-M中內置一個Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC) 中斷控制器

cortex-M的異常和中斷具有以下優先級

總結

以上是生活随笔為你收集整理的ARMV8-M学习笔记-入门的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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