STM系列单片机中断/异常进入步骤

当Cortex-M3开始响应一个中断时，会经历以下几个步骤：

①入栈：把8个寄存器的值压入栈；

②取向量：从向量表中找出对应的服务程序入口地址；

③选择堆栈指针MSP/PSP，更新堆栈指针SP，更新连接寄存器LR，更新程序计数器PC。

图3.38　中断请求过快导致一部分请求错失的情况

图3.39　在执行ISR时中断悬起再次发生

（1）入栈

响应异常的第一个步骤，就是自动保存现场的必要部分：依次把xPSR、PC、LR、R12以及R3～R0由硬件自动压入适当的堆栈中，如果当响应异常时，当前的代码正在使用PSP，则压入PSP，即使用线程堆栈；否则压入MSP，使用主堆栈。一旦进入了服务例程，就将一直使用主堆栈。

假设入栈开始时，SP的值为N，则在入栈后，堆栈内部的变化见表3.15。又因为AHB接口上的流水线操作本质，地址和数据都在经过一个流水线周期之后才进入。另外，这种入栈在机器的内部，并不是严格按堆栈操作顺序，但是机器会保证正确的寄存器将被保存到正确的位置，如图3.40和表3.15的第3列所示。

表3.15　入栈顺序以及入栈后堆栈中的内容

(www.xing528.com)

图3.40　内部入栈序列

Cortex-M3在看不见的内部打乱了入栈的顺序，这是有深层次的原因。先把PC与xPSR的值保存，就可以更早地启动服务例程指令的预取——因为这需要修改PC；同时，也做到了在早期就可以更新xPSR中IPSR位段的值。

为什么把R0～R3、R12由硬件自动压入适当的堆栈中，而忽略R4～R11呢？原来，在ARM中，有一套C函数调用标准约定（《C/C++Procedure Call Standard for the ARM Architecture》，AAPCS，Ref5）。该约定使中断服务例程能用C语言编写，编译器优先使用被入栈的寄存器来保存中间结果（当然，如果程序过大也可能要用到R4～R11，此时编译器负责生成代码来将它们入栈）。R0～R3、R12最后被压入堆栈，是为了可以更容易地使用SP基址来索引寻址，访问由R0～R3、R12传递的数据，以及为了LDM等多重加载指令，因为LDM必须加载地址连续的一串数据。

（2）取向量

当数据总线（系统总线）在执行入栈操作时，指令总线（I-Code总线）从向量表中找出正确的异常向量，然后在服务程序的入口处预取指。由此可以看到各自都有专用总线的好处，即入栈与取指这两个工作能同时进行。

（3）更新寄存器

在入栈和取向量的工作都完毕之后，执行服务例程之前，还要更新一系列的寄存器：

①SP：在入栈中会把堆栈指针（PSP或MSP）更新到新的位置。在执行服务例程后，将由MSP负责对堆栈的访问；

②PSR：IPSR位段（地处PSR的最低部分）会被更新为新响应的异常编号；

③PC：在向量取出完毕后，PC将指向服务例程的入口地址；

④LR：LR的用法将被重新解释，其值也被更新成一种特殊的值，称为“EXC_RETURN”，并且在异常返回时使用。EXC_RETURN的二进制值除了最低4位外全为1，而其最低4位则有另外的含义（见3.7.8节）。

以上是在响应异常时通用寄存器的变化。另外，在NVIC中，也伴随着更新了与之相关的若干寄存器。例如，新响应异常的悬起位将被清除，同时其活动位将被置位。