1.ARMv7-M memory mapped architecture

ARMv7-M是采用Memory-mapped架构，这一位置该架构采用了物理地址作为：

  1. 事件入口，比如vectors向量表。
  2. 系统控制和配置，比如System Control Registers。

ARMv7-M实现了使用一个地址列表来存放异常处理入口，即发生异常时，从Vector Table中获取异常处理函数入口。

该架构保留了地址空间0xE000000-0xFFFFFFFF给System Level使用。arm使用了该空间的低1MB空间作为PPB使用（Private Peripheral Bus）。剩余的空间可以基于系统设计自行使用，但是存在内存属性的限制，如Execute Never等。

 

2.Overview of system level terminology and operation

Modes, privilege and stacks

模式：

M架构的处理器支持两种操作模式：

Thread mode 在Reset时进入的模式，也作为Execption返回时的模式。

Handler mode 出现异常时进入的模式，处理器要进行异常返回时，当前模式一定是Handler mode。

特权级：

代码能够运行在特权（Privileged）或者非特权（Unprivileged），非特权下的代码在访问某些资源时会被限制，特权下的代码能够访问所有资源（Stm32 f103系列所采用的Cortex-M3内核处理器，代码全部运行在Privileged下）。

运行在Handler mode下的代码全部为特权的，比如Execution Handler函数。

运行在Thread mode下的代码可以是特权的或者非特权的。

栈指针：

处理器实现了一对栈寄存器，Main Stack pointer和Process Stack pointer，在Handler mode下使用Main Stack pointer,在Thread mode下两者都可以使用（Stm32 f103系列所采用的Cortex-M3内核处理器，使用Main Stack pointer）。

armv7processor固件包 armv7 processor rev 3 (v7l)_M0

 

Exceptions

异常的产生：

有相应的异常事件发生并呈递给处理器时，会产生一个异常。

异常的处理：

处理器按照异常入口去执行异常处理代码。

异常种类：

  1. Reset：特殊的异常，当被产生时，会以不可恢复的方式终止当前的程序运行。
  2. Supervisor Call (SVCall)：有SVC指令产生。应用程序可以通过此方式通知下层操作系统，可以为应用程序更改特权级访问或者切换特权级等操作。ARM-v7 M也支持
  3. PendSV机制。
  4. Fault：当指令运行出错时，会产生Fault异常。可以分为synchronously(同步)和asynchronously(异步)异常。大部分情况下的Fault异常都是同步异常，但BusFault是种异步异常。同步异常会和导致异常的指令一起被报告出来，但是不保证能报告出异步异常的原因。
  5. Interrupt：中断区别于以上三种异常，所有中断都与指令流异步。典型的，中断被用来外设和处理器的交互。

每种指令都有一个异常号，优先级，Vector中的Entry Pointer。

除Reset外，其他异常还有以下状态：

异常状态：

Inactive：异常既不是Pending也不是Active状态。

Pending：相应的异常事件发生了，但是处理器还没有处理。

Active：处理器正在处理当前异常，但是还未退出Exception Handler，也可能在handler中被更高优先级的异常打断。

Active and Pending：当一个异常时Active状态时，又产生了相同的异常。只有异步异常才能够同时有Acitve 和 pending状态。

  1. 每种异常都有优先级，其中三种异常的优先级是固定的，其他的异常优先级都可以配置。
  2. 指令的执行也有相应的优先级，成为运行优先级。
  3. Reset后的执行优先级是执行优先级的基本级别。只有Thread模式下的指令的执行才能处于此基本执行优先级。
  4. 异常优先级足够高于当前执行优先级的异常将变为活动状态。足够高优先级概念与优先级分组有关。

软件能够通过寄存器修改运行优先级。

异常返回：

  1. 如果异常状态时Active且Pending。

        （1）.如果异常有足够的优先级，它将会变成active并且重新进入异常处理函数。

        （2）.其他情况下将会进入pending状态。

  1. 如果异常状态时Active，它将会变为Inactive。
  2. 处理器将会恢复为进入异常时保存到栈中的信息。
  3. 如果之前的代码运行在Thread模式，那么处理器将会改变为Thread模式。
  4. 处理器恢复被异常处理函数抢占之前的代码。

Execution state

ARMv7-M只能运行Thumb指令集。ESPR.T bit位代表了Thumb指令运行状态，为1表示正在运行Thumb指令。设置此bit为0会导致处理器在运行下条指令时产生Fault错误，因为在这个状态下所有的指令都是未定义指令。