• CortexM0中断控制和系统控制（四）

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    Cortex-M0系统控制块(SCB)是内核外设的主要模块之一，提供系统控制以及系统执行信息，包括配置，控制，上报系统异常等。

    image1.png

    为了提高软件效率，CMSIS简化了SCB寄存器表示，在CMSIS中系统控制寄存器结构体：

    typedef struct 
{    __IM  uint32_t CPUID; /*!< Offset: 0x000 (R/ )  CPUID Base Register */
    __IOM uint32_t ICSR;  /*!< Offset: 0x004 (R/W)  Interrupt Control and State Register */
    uint32_t RESERVED0;
    __IOM uint32_t AIRCR; /*!< Offset: 0x00C (R/W)  Application Interrupt and Reset Control Register */
    __IOM uint32_t SCR; /*!< Offset: 0x010 (R/W)  System Control Register */
    __IOM uint32_t CCR; /*!< Offset:0x014 (R/W) Configuration Control Register */
    uint32_t RESERVED1;
    __IOM uint32_t SHP[2U];/*!< Offset: 0x01C (R/W)  System Handlers Priority Registers. [0] is RESERVED */
    __IOM uint32_t SHCSR;  /*!< Offset: 0x024 (R/W)  System Handler Control and State Register */
} SCB_Type;

    1. CPUID

    CPUID基地址寄存器包含处理器型号、版本等相关信息，是只读的，可以通过应用软件、调试器和烧录器等获取处理器的类型和版本信息。

    Address: 0xE000ED00
Reset value: 0x410CC200

    image2.png

    这个地方CPUID与我们经常提到的MCU的96位UID不同，CPUID是处理器的ID号，由Arm提供并实现，通过CPUID可以知道内核型号及版本等信息。而96位UID是MCU产品ID，属于MM32，由上海灵动微电子股份有限公司提供并按照一定的规则实现，96位的产品唯一身份标识所提供的参考号码对任意一个系列微控制器，在任何情况下都是唯一的。用户在何种情况下，都不能修改这个身份标识。

    MCU还有一个DEV\_ID编码，这个ID定义了MCU的器件号和硅片版本号，它是DBG\_MCU的一个组成部分，并且映射到外部APB总线上。SW 调试口(2个引脚) 或通过用户代码都可以访问此编码。

    DEV\_ID地址：0x40013400 只支持32位访问，只读。

    image4.png

    在CMSIS驱动库中，可以直接使用“ SCB->CPUID ” 获取处理器ID。读取MM32F0130的CPUID、UID和DEV\_ID如下所示：

    image0.png

    CPUID (0x410CC200)解析处理器信息：

    image3.png

    2. ICSR (Interrupt Control and State Register)

    提供：

    • NMI异常的设置挂起位
    • 为PendSV和SysTick异常设置挂起和清除挂起位

    表示：

    • 正在处理的异常的异常编号
    • 是否有被抢占的活动异常
    • 最高优先级未决异常的异常编号
    • 是否有任何中断待处理
    Address: 0xE000ED04
Reset value: 0x0000 0000

    image5.png

    ICSR中的某些控制位仅供调试使用，大多数情况下，应用程序只会用ICSR来控制或者检查系统异常挂起状态。

    PendSV(可挂起的系统调用)异常对 OS 操作非常重要，其优先级可以通过编程设置。可以通过将中断控制和壮态寄存器 ICSR 的 bit28挂起位置1来触发PendSV中断。与SVC异常不同，它是不精确的，因此它的挂起状态可在更高优先级异常处理内设置，且会在高优先级处理完成后执行。利用该特性，若将PendSV设置为最低的异常优先级，可以让PendSV异常处理在所有其他中断处理完成后执行，这对于上下文切换非常有用，也是各种OS设计中的关键。在具有嵌入式OS的典型系统中，处理时间被划分为了多个时间片。

    通过向中断控制和状态寄存器 ICSR 的 bit28 写入1挂起PendSV来启动PendSV中断，如果中断启用且有编写 PendSV 异常服务函数的话，则内核会响应 PendSV 异常，去执行PendSV 异常服务函数，这样就可以在PendSV中断服务函数中进行任务切换了。

    3. AIRCR (Application Interrupt and Reset Control Register)

    AIRCR为数据访问和系统的复位控制提供字节序状态。

    要写入该寄存器，您必须写入0x05FA VECTKEY 字段，否则处理器将忽略写入。

    Address: 0xE000ED0C
Reset value: 0xFA05 0000

    image6.png

    任何对该寄存器的写操作，都必须将0x05FA写入到AIRCR[30:16]，否则写操作将无效，若需要半字读取，需要写入0xFA05。

    应用程序中系统执行软复位函数：

    __STATIC_INLINE void NVIC_SystemReset(void)
{    __DSB();  //确保所有未完成的内存访问包括缓冲写入在重置之前完成
    SCB->AIRCR  = ((0x5FAUL << SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos) |
                   SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk);
    __DSB();    //确保完成内存访问

    for(;;) /* wait until reset */
    {   
        __NOP();
    }
}

    4. SCR (System Control Register)

    SCR 控制进入和退出低功耗状态的特性。

    Address: 0xE000ED10
Reset value: 0x0000 0000

    image7.png

    SCR(系统控制)寄存器可以选择使用立即休眠还是退出时休眠，当SCR寄存器的SLEEPONEXIT位为0的时候使用立即休眠，当为 1 的时候使用退出时休眠。

    MM32F0130执行进入stop模式实现函数：

    void PWR_EnterSTOPMode(u32 regulator, u8 stop_entry)
{    PWR->CR |= regulator;

    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

    (stop_entry == PWR_STOPEntry_WFI) ? __WFI() : __WFE();
}

    5. CCR (Configuration and Control Register)

    CCR 是只读寄存器，指示 Cortex-M0 处理器行为的某些方面。

    Address: 0xE000ED14
Reset value: 0x0000 0204

    image8.png

    SCB->CCR寄存器控制除数为零和未对齐内存访问是否触发用法HardFault。

    6. SHPR (System Handler Priority Registers)

    因为在ARMv7-M架构上才有SHPR1，所以 Cortex – M0使用系统优先级寄存器只有SHPR2和SHPR3，而没有SHPR1。

    SHPR2-SHPR3 寄存器设置具有可配置优先级的异常处理程序的优先级级别，从0到192。

    SHPR2-SHPR3 是可字访问的。

    要使用 CMSIS 访问系统异常优先级，可以使用CMSIS函数：

    uint32_t NVIC_GetPriority(IRQn_Type IRQn)
void NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority)

    系统故障处理程序，以及每个处理程序的优先级字段和寄存器是：

    image9.png

    6.1 SHPR2 (System Handler Priority Register 2)
    Address: 0xE000ED1C
Reset value: 0x0000 0000

    image10.png

    6.2 SHPR3 (System Handler Priority Register 3)

    如果您的设备未实现 SysTick 计时器，则此字段为保留字段

    Address: 0xE000 ED20
Reset value: 0x0000 0000

    image11.png

    SVCall、PendSV和SysTick可编程的中断多用于在操作系统之上的软件开发中。SVC用于产生系统函数的调用请求，例如，操作系统不让用户程序直接访问硬件，而是通过提供一些系统服务函数，用户程序使用SVC发出对系统服务函数的呼叫请求，以这种方法调用它们来间接访问硬件。因此，当用户程序想要控制特定的硬件时，它就会产生一个SVC异常，然后操作系统提供的SVC异常服务例程得到执行，它再调用相关的操作系统函数，后者完成用户程序请求的服务。

    另一个相关的异常是 PendSV，它和 SVC 协同使用。一方面， SVC异常是必须立即得到响应的（若因优先级不比当前正处理的高， 或是其它原因使之无法立即响应， 将上访成Hardfault），应用程序执行 SVC 时都是希望所需的请求立即得到响应。另一方面，PendSV则不同，它是可以像普通的中断一样被挂起的（不像SVC那样会上访）。OS可以利用它“延期执行”一个异常——直到其它重要的任务完成后才执行动作。挂起 PendSV 的方法是：程序中往NVIC的PendSV挂起寄存器中写 1。挂起后， 如果优先级不够高，则将延期等待执行。PendSV 的典型使用场合是在上下文切换时（在不同任务之间切换）。有两个就绪的任务，上下文切换被触发的场合可以是：

    执行一个系统调用
    系统滴答定时器（SysTick）中断，（轮转调度中需要）

    ARMv7-M和ARMv6-M都有的SCB寄存器名称相同，但是ARMv7-M寄存器数量和有效控制bit位比ARMv6-M丰富了不少。一般来说，ARMv6-M向上兼容ARMv7-M，这意味着应用层和系统为ARMv6-M开发的级别软件无需修改即可在 ARMv7-M 上执行，这也是Arm从一个平台切换到另一个平台可以很快速的完成切换的原因，有兴趣深入研究可以参考《ARMv6-M Architecture Reference Manual》白皮书。
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