cortex-m3的操作模式及特权级别

STM32是cortex-m3内核芯片,拥有cortex-m3的特性,以下介绍了cortex-m3的特权级别。

1、先来说一下操作模式:

cortex-m3有两种操作模式:笔者觉得也可以称为代码执行模式,线程模式(thread mode)和异常模式(handler mode),用于表示处理器在执行什么代码。

thread mode:执行非异常代码,也就是用户代码。

handler mode:执行异常代码,如中断服务程序。

2、再来说一下特权级别:

cortex-m3有两种权利级别:特权级(Privilege)和用户级(user)。这两种模式主要用于阻止对硬件的异常访问,比如存储资源、关键寄存器等。

特权级别:能够访问硬件所有存储资源,能够执行所有指令。

用户级别:禁止使用MSR和MRS访问特殊功能寄存器(APSR除外),不能使用CPS指令。对系统控制空间的访问有限制,即,不能访问system tick、NVIC、system control block(SCB)。

如何才能在这两个级别切换呢?答案是修改寄存器CONTROL[0]。这个寄存器只能在特权级别下修改,用户级别下是不能修改此寄存器的,要想从用户级别转到特权级别,只能进入异常/中断,然后在异常/中断中修改寄存器,因为在异常/中断中总是特权级别。

在线程模式,可以是特权级,也可以是用户级。handler模式总是特权级的。在复位后,处理器处于线程模式+特权级。

3、介绍一下系统控制空间(SCS):

系统控制空间(system control space):在地址空间的位置,如下图所示,地址区间0xE000E000-0xE000F000,这部分区域包含:System control block、system tick、Nested Vectored Interrupt Controller(NVIC)、PMU等。这些寄存器是处理器能够工作的根本,必须有相应权限才能修改,即,特权级才能修改。

cortex-m3的操作模式及特权级别

System control block(SCB)包含了系统相关的寄存器,如下:

cortex-m3的操作模式及特权级别

4、总结:

特权级有特权,权利大,能访问所有资源,用户级权利小,不能所有资源。说实话这权利级别一般不做修改,即,保持默认的特权级别。因为cortex-M3内核是个低端内核,很大一部分应用都是无操作系统的裸机执行程序,在没有特殊安全要求的前提下没必要切来切去的,比较麻烦。

5、题外话:

我们在使用STM32跑实时操作系统的时候经常使用systick作为操作系统的心跳,很多人不知道这个systick和普通的定时器有什么区别,通过上面介绍这个systick相关寄存器位于系统控制空间(SCS),用户级别不能访问systick寄存器,防止用户级别代码误操作,篡改systick寄存器威胁系统安全。

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