cortex-M3 異常-- SVC、PendSV介紹

以下出自–《cortex-M3權(quán)威指南》

程序狀態(tài)寄存器組（PSRs 或曰xPSR）

中斷屏蔽寄存器組（PRIMASK, FAULTMASK,以及BASEPRI）

控制寄存器（CONTROL）
xPSR：
記錄ALU算數(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit) 標(biāo)志（0 標(biāo)志，進(jìn)位標(biāo)志，負(fù)數(shù)標(biāo)志，溢出標(biāo)志），執(zhí)行狀態(tài)，以及當(dāng)前正服務(wù)的中斷號(hào)。

應(yīng)用程序 PSR（APSR）

中斷號(hào) PSR（IPSR）

執(zhí)行 PSR（EPSR）
這里嘮叨下，只因不熟悉。。。。
通過(guò)MRS/MSR 指令，這3 個(gè)PSRs 即可以單獨(dú)訪問(wèn)，也可以組合訪問(wèn)（2 個(gè)組合，3 個(gè)組合都可以）。當(dāng)使用三合一的方式訪問(wèn)時(shí)，應(yīng)使用名字“xPSR”或者“PSR”。
關(guān)于ICI/IT、T：
ICI：在中斷延遲中有提到，與LDM/STM的處理機(jī)制有關(guān)。LDM/STM是一串LDR/STR的速度優(yōu)化版。于是，為了加速中斷的響應(yīng)，CM3支持LDM/STM指令的中止和繼續(xù)，就好像它們只是普通的一串LDR/STR一樣。為了實(shí)現(xiàn)“指令撕裂與粘合”的目的，需要記錄中斷時(shí)數(shù)據(jù)傳送的進(jìn)程。為此，CM3在xPSR中開(kāi)出若干個(gè)“ICI位”，記錄下一個(gè)即將傳送的寄存器是哪一個(gè)（LDM/STM在匯編時(shí)，都把寄存器號(hào)升序排序）。在服務(wù)例程返回后，xPSR被彈出，CM3再?gòu)腎CI bits中獲取當(dāng)時(shí)LDM/STM執(zhí)行的進(jìn)度，從而可以繼續(xù)傳送。
這個(gè)辦法聽(tīng)起來(lái)是個(gè)好主意，只是在個(gè)別情況下還有一點(diǎn)限制：IF‐THEN(IT)指令的執(zhí)行也需要在xPSR中使用幾個(gè)位，可它需要的位剛好與ICI位重合（類(lèi)似C中的union）——both ICI bits和IT條件都記錄在EPSR中。所以，如果在IF‐THEN中使用了LDM/STM，則不再記錄LDM/STM
的執(zhí)行進(jìn)度。但盡管如此，及時(shí)響應(yīng)中斷依然是首要任務(wù)。此時(shí)只好把LDM/STM取消，待中斷返回后繼續(xù)執(zhí)行。–這里待續(xù)++

中斷屏蔽寄存器組：

PRIMASK：除能所有的中斷——當(dāng)然了，不可屏蔽中斷（NMI）才不甩它呢。

FAULTMASK：除能所有的fault——NMI 依然不受影響，而且被除能的faults 會(huì)“上訪”。

BASEPRI：除能所有優(yōu)先級(jí)不高于某個(gè)具體數(shù)值的中斷。

控制寄存器：

CONTROL：定義特權(quán)狀態(tài)（見(jiàn)后續(xù)章節(jié)對(duì)特權(quán)的敘述），并且決定使用哪一個(gè)堆棧指針

只有在特權(quán)級(jí)下，才允許訪問(wèn)這3 個(gè)寄存器。

一個(gè)指定PSP 進(jìn)行更新的例子：

LDRR0,=0x20008000MSRPSP,R0BXLR;如果是從異常返回到線程狀態(tài)，則使用新的PSP的值作為棧頂指針123123

cortex-M3權(quán)威指南，有這樣一段：

為了快速地開(kāi)關(guān)中斷，CM3 還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一條CPS 指令，有4 種用法

CPSIDI;PRIMASK=1;關(guān)中斷CPSIEI;PRIMASK=0;開(kāi)中斷CPSIDF;FAULTMASK=1;關(guān)異常CPSIEF;FAULTMASK=0;開(kāi)異常12341234

？CPS指令是？==改變處理器狀態(tài)==change processor state
這款內(nèi)核也許就這兩個(gè)CPS指令

SVC（系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，亦簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)調(diào)用）和PendSV（可懸起系統(tǒng)調(diào)用），它們多用于在操作系統(tǒng)之上的軟件開(kāi)發(fā)中。SVC 用于產(chǎn)生系統(tǒng)函數(shù)的調(diào)用請(qǐng)求。例如，操作系統(tǒng)不讓用戶(hù)程序直接訪問(wèn)硬件，而是通過(guò)提供一些系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)，用戶(hù)程序使用SVC 發(fā)出對(duì)系統(tǒng)服務(wù)函數(shù)的呼叫請(qǐng)求，以這種方法調(diào)用它們來(lái)間接訪問(wèn)硬件。因此，當(dāng)用戶(hù)程序想要控制特定的硬件時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)SVC 異常，然后操作系統(tǒng)提供的SVC 異常服務(wù)例程得到執(zhí)行，它再調(diào)用相關(guān)的操作系統(tǒng)函數(shù)，后者完成用戶(hù)程序請(qǐng)求的服務(wù)。
這種“提出要求——得到滿(mǎn)足”的方式，很好、很強(qiáng)大、很方便、很靈活、很能可持續(xù)發(fā)展。首先，它使用戶(hù)程序從控制硬件的繁文縟節(jié)中解脫出來(lái)，而是由OS 負(fù)責(zé)控制具體的硬件。第二，OS 的代碼可以經(jīng)過(guò)充分的測(cè)試，從而能使系統(tǒng)更加健壯和可靠。第三，它使用戶(hù)程序無(wú)需在特權(quán)級(jí)下執(zhí)行，用戶(hù)程序無(wú)需承擔(dān)因誤操作而癱瘓整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。第四，通過(guò)SVC 的機(jī)制，還讓用戶(hù)程序變得與硬件無(wú)關(guān)，因此在開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)無(wú)需了解硬件的操作細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)的難度和繁瑣度，并且使應(yīng)用程序跨硬件平臺(tái)移植成為可能。開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序唯一需要知道的就是操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用編程接口（API），并且了解各個(gè)請(qǐng)求代號(hào)和參數(shù)表，然后就可以使用SVC 來(lái)提出要求了（事實(shí)上，為使用方便，操作系統(tǒng)往往會(huì)提供
一層封皮，以使系統(tǒng)調(diào)用的形式看起來(lái)和普通的函數(shù)調(diào)用一致。各封皮函數(shù)會(huì)正確使用SVC指令來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用——譯者注）。其實(shí)，嚴(yán)格地講，操作硬件的工作是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成的，只是對(duì)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，它們也是操作系統(tǒng)的一部分。如圖7.14 所示

SVC 異常通過(guò)執(zhí)行”SVC”指令來(lái)產(chǎn)生。該指令需要一個(gè)立即數(shù)，充當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用代號(hào)。SVC異常服務(wù)例程稍后會(huì)提取出此代號(hào)，從而解釋本次調(diào)用的具體要求，再調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)函數(shù)。例如，

SVC0x3;調(diào)用3號(hào)系統(tǒng)服務(wù)11

在SVC 服務(wù)例程執(zhí)行后，上次執(zhí)行的SVC 指令地址可以根據(jù)自動(dòng)入棧的返回地址計(jì)算出。找到了SVC 指令后，就可以讀取該SVC 指令的機(jī)器碼，從機(jī)器碼中萃取出立即數(shù)，就獲知了請(qǐng)求執(zhí)行的功能代號(hào)。如果用戶(hù)程序使用的是PSP，服務(wù)例程還需要先執(zhí)行

MRSRn,PSP11

指令來(lái)獲取應(yīng)用程序的堆棧指針。通過(guò)分析LR 的值，可以獲知在SVC 指令執(zhí)行時(shí)，正在使用哪個(gè)堆棧。
由CM3 的中斷優(yōu)先級(jí)模型可知，你不能在SVC 服務(wù)例程中嵌套使用SVC 指令（事實(shí)上這樣做也沒(méi)意義），因?yàn)橥瑑?yōu)先級(jí)的異常不能搶占自身。這種作法會(huì)產(chǎn)生一個(gè)用法fault。同理，在NMI 服務(wù)例程中也不得使用SVC，否則將觸發(fā)硬fault。

PendSV：
另一個(gè)相關(guān)的異常是PendSV（可懸起的系統(tǒng)調(diào)用），它和SVC 協(xié)同使用。一方面，SVC異常是必須立即得到響應(yīng)的（若因優(yōu)先級(jí)不比當(dāng)前正處理的高，或是其它原因使之無(wú)法立即響應(yīng)，將上訪成硬fault——譯者注），應(yīng)用程序執(zhí)行SVC 時(shí)都是希望所需的請(qǐng)求立即得到響應(yīng)。另一方面，PendSV 則不同，它是可以像普通的中斷一樣被懸起的（不像SVC 那樣會(huì)上訪）。OS 可以利用它“緩期執(zhí)行”一個(gè)異常——直到其它重要的任務(wù)完成后才執(zhí)行動(dòng)作。懸起PendSV 的方法是：手工往NVIC 的PendSV 懸起寄存器中寫(xiě)1。懸起后，如果優(yōu)先級(jí)不夠高，則將緩期等待執(zhí)行。
PendSV 的典型使用場(chǎng)合是在上下文切換時(shí)（在不同任務(wù)之間切換）。例如，一個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)就緒的任務(wù)，上下文切換被觸發(fā)的場(chǎng)合可以是：

執(zhí)行一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)滴答定時(shí)器（SYSTICK）中斷，（輪轉(zhuǎn)調(diào)度中需要）
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)輔助理解。假設(shè)有這么一個(gè)系統(tǒng)，里面有兩個(gè)就緒的任務(wù)，并且通過(guò)SysTick 異常啟動(dòng)上下文切換。如圖7.15 所示。

上圖是兩個(gè)任務(wù)輪轉(zhuǎn)調(diào)度的示意圖。但若在產(chǎn)生SysTick 異常時(shí)正在響應(yīng)一個(gè)中斷，則SysTick 異常會(huì)搶占其ISR。在這種情況下，OS 不得執(zhí)行上下文切換，否則將使中斷請(qǐng)求被延遲，而且在真實(shí)系統(tǒng)中延遲時(shí)間還往往不可預(yù)知——任何有一丁點(diǎn)實(shí)時(shí)要求的系統(tǒng)都決不能容忍這種事。因此，在CM3 中也是嚴(yán)禁沒(méi)商量——如果OS 在某中斷活躍時(shí)嘗試切入線程模式，將觸犯用法fault 異常。

為解決此問(wèn)題，早期的OS 大多會(huì)檢測(cè)當(dāng)前是否有中斷在活躍中，只有沒(méi)有任何中斷需要響應(yīng)時(shí)，才執(zhí)行上下文切換（切換期間無(wú)法響應(yīng)中斷）。然而，這種方法的弊端在于，它可以把任務(wù)切換動(dòng)作拖延很久（因?yàn)槿绻麚屨剂薎RQ，則本次SysTick 在執(zhí)行后不得作上下文切換，只能等待下一次SysTick 異常），尤其是當(dāng)某中斷源的頻率和SysTick 異常的頻率比較接近時(shí)，會(huì)發(fā)生“共振”。
現(xiàn)在好了，PendSV 來(lái)完美解決這個(gè)問(wèn)題了。PendSV 異常會(huì)自動(dòng)延遲上下文切換的請(qǐng)求，直到其它的ISR 都完成了處理后才放行。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制，需要把PendSV 編程為最低優(yōu)先級(jí)的異常。如果OS 檢測(cè)到某IRQ 正在活動(dòng)并且被SysTick 搶占，它將懸起一個(gè)PendSV 異常，以便緩期執(zhí)行上下文切換。如圖7.17 所示

個(gè)中事件的流水賬記錄如下：

任務(wù) A 呼叫SVC 來(lái)請(qǐng)求任務(wù)切換（例如，等待某些工作完成）

OS 接收到請(qǐng)求，做好上下文切換的準(zhǔn)備，并且pend 一個(gè)PendSV 異常。

當(dāng) CPU 退出SVC 后，它立即進(jìn)入PendSV，從而執(zhí)行上下文切換。

當(dāng) PendSV 執(zhí)行完畢后，將返回到任務(wù)B，同時(shí)進(jìn)入線程模式。

發(fā)生了一個(gè)中斷，并且中斷服務(wù)程序開(kāi)始執(zhí)行

在 ISR 執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)生SysTick 異常，并且搶占了該ISR。

OS 執(zhí)行必要的操作，然后pend 起PendSV 異常以作好上下文切換的準(zhǔn)備。

當(dāng) SysTick 退出后，回到先前被搶占的ISR 中，ISR 繼續(xù)執(zhí)行

ISR 執(zhí)行完畢并退出后，PendSV 服務(wù)例程開(kāi)始執(zhí)行，并且在里面執(zhí)行上下文切換

當(dāng) PendSV 執(zhí)行完畢后，回到任務(wù)A，同時(shí)系統(tǒng)再次進(jìn)入線程模式。