Cortex-M3 异常中断响应与返回

【异常/中断响应】
Cortex-M3的异常/中断响应序列包括：

• 入栈：把8个寄存器的值压入栈。
• 取向量：从向量表中找出对应的服务程序入口地址。
• 更新寄存器：更新堆栈指针SP，更新连接寄存器LR，更新程序计数器PC

【入栈】
响应异常的第一个行动，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，也就是使用进程堆栈；否则就压入MSP，使用主堆栈。
一旦进入了异常中断服务例程，就将一直使用主堆栈。
假设入栈开始时，SP的值位N，则在入栈后，入栈顺序以及入栈后堆栈中的内容变化如图所示：

因为AHB接口上的流水线操作本性，地址和数据都是经过一个流水周期之后才进入。
在自动入栈的过程中，把寄存器写入堆栈内存的时间顺序，并不是与写入的空间顺序相对应的。但是，Cortex-M3内核会保证：正确的寄存器将被保存到正确的位置。

【取向量】
在数据总线执行入栈操作的时候，指令总线正在执行取向量操作：即从向量表中找出正确的中断向量，然后在服务例程入口处预取指令。
取向量和入栈是同时进行的；

【更新寄存器】
在入栈和取向量操作完成之后，执行异常中断服务程序之前，还要更新一系列的寄存器：

• 堆栈指针SP：在入栈后，会把堆栈指针（PSP或MSP）更新到新的位置。在执行异常中断服务程序时，将由MSP负责对堆栈的访问。
• 程序状态寄存器PSR：更新IPSR位段的值为新响应的异常编号。
• 程序计数寄存器PC：在取向量完成后，PC将指向异常中断服务程序的入口地址。
• 连接寄存器LR：在出入ISR的时候，LR的值将得到重新的诠释，这种特殊的值称为“EXC_RETURN”。在异常进入时由系统计算并赋给LR，并在异常返回时使用它。

另外，在NVIC中，也会更新若干个相关寄存器。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。

【异常/中断返回】
当异常中断服务程序执行完毕之后，需要一个“异常返回”动作序列，从而恢复先前的系统状态，使被中断的程序继续执行。
从形式上看，有3种途径可以触发异常返回序列，如：

不管使用哪一种返回指令，都需要用到先前存储到LR中的EXX_RETURN，把EXC_RETURN送往PC。
在启动了中断返回序列后，将执行以下操作：

• 出栈：恢复先前压入堆栈的寄存器的值。内部的出栈顺序与入栈时的向对应。堆栈指针的值也恢复更新。
• 更新NVIC寄存器：异常返回，其将于的活动位将被硬件清除。对于外部中断，如果中断输入再次被置为有效，悬起位也将再次置位，新的中断响应序列也随之再次执行。

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参考摘录：

《Cortex-M内核系列和STM32-讲座2教程.pdf》

《ARM Cortex-M3权威指南.pdf》