ARMCortex-M3内核寄存器

内核寄存器是CPU的组成部分，它们没有地址，可以通过寄存器名字来操作内核寄存器。Cortex-M3处理器拥有R0～R15的寄存器组，如图6.1所示。

图6.1　R0～R15寄存器组

R0～R12：通用寄存器。

R0～R12都是32位通用寄存器，用于数据操作。绝大多数16位Thumb指令只能访问R0～R7，而32位Thumb-2指令可以访问所有寄存器。

R13：两个堆栈指针。

一个R13对应两个物理寄存器，即主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。某个时刻只能访问某一个（MSP或者PSP），通过控制寄存器的CONTROL[1]位来选择使用哪一个。如果CONTROL[1]=0，则选择MSP，此时操作R13（SP）就是操作MSP；如果CONTROL[1]=1，则选择PSP，此时操作R13（SP）就是操作PSP。一般MSP用作操作系统内核栈区管理，复位后缺省使用的是主堆栈指针；PSP用作用户程序栈区管理，这样区分可以有效保护操作系统不被破坏。

堆栈指针的最低两位永远是0，这意味着堆栈总是4字节对齐的，参见第1章的堆栈指示器。

R14：连接寄存器。

当呼叫一个子程序时，由R14存储返回地址，不像大多数其他处理器，ARM为了减少访问内存的次数（访问内存的操作往往要3个以上指令周期，带MMU和Cache的就更加不确定了），把返回地址直接存储在寄存器中。这样足以使很多只有1级子程序调用的代码无需访问内存（堆栈内存），从而提高了子程序调用的效率。如果多于1级，则需要把前一级的R14值压到堆栈里。在ARM上编程时，应尽量只使用寄存器保存中间结果，迫不得已时才访问内存。

R15：程序计数寄存器。

指向当前的程序预取指令地址。如果修改它的值，就能改变程序的执行流。

除了上面的寄存器组，Cortex-M3还在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器，包括程序状态字寄存器组（xPSR）、中断屏蔽寄存器组（PRIMASK、FAULTMASK、BASEPRI）和控制寄存器（CONTROL），如图6.2所示。

图6.2　Cortex-M3的特殊功能寄存器

1）状态字寄存器

包括应用状态寄存器、中断状态寄存器和执行状态寄存器，如图6.3所示。

(www.xing528.com)

图6.3　3个状态寄存器及其合成

2）中断屏蔽寄存器

①PRIMASK：只有1位

=1：关掉所有可屏蔽中断，开放NMI和硬fault，相当于将BASEPRI设为0；

=0：允许中断。

②FAULTMASK：只有1位

=1：关掉所有中断，只开放NMI，中断退出时自动清零；

=0：允许中断。

③BASEPRI：有9位，设置中断屏蔽阈值，优先级号大于等于阈值被屏蔽。若BASEPRI设为0，则取消BASEPRI对中断的屏蔽。

这3个寄存器任何一个屏蔽了中断，则相应的中断被阻断，哪怕其他两个寄存器都是允许中断的。

3）控制寄存器CONTROL

拥有两个控制位CONTROL[1：0]，分别用来设置特权级和选择堆栈指针。其中CONTROL[0]设置特权级，CONTROL[1]选择堆栈指针。

CONTROL[0]=0：特权模式；

CONTROL[0]=1：用户模式；

CONTROL[1]=0：R13选MSP；

CONTROL[1]=1：R13选PSP。

需要注意这些系统寄存器只有在特权级下才可以修改其内容，在特权模式下可以修改CONTROL[0]进入用户模式，但是要从用户模式进入特权模式就比较麻烦，因为此时不允许修改CONTROL。这么做的目的是保护操作系统不被破坏，因为操作系统程序是工作在特权级模式下，用户程序是工作在用户模式下，所以这么做是为了提高系统的安全性。