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STM32八股【2】-----ARM架构

news 2025/3/22 11:16:57

1、架构包含哪几部分内容

寄存器
处理模式
流水线
MMU
指令集
中断
FPU
总线架构

2、以STM32为例进行介绍

2.1 寄存器

寄存器	名称	作用
R0-R3	通用寄存器	用于数据传递、计算及函数参数传递；R0 也用于存储函数返回值。
R4-R12	通用寄存器	用于存储局部变量，减少频繁的内存访问。
R13	栈指针 (SP)	指向当前栈顶，负责管理栈操作。分为主栈指针 (MSP) 和进程栈指针 (PSP)：系统中断处理和普通任务可以使用不同的栈。栈指针用于管理栈的操作，包括函数调用时保存现场和中断处理时保存寄存器状态。
R14	链接寄存器 (LR)	保存函数调用返回的地址，函数返回时恢复程序执行。
R15	程序计数器 (PC)	指向当前执行的指令地址，控制程序执行的流程。
xPSR	程序状态寄存器	包含条件标志 (N, Z, C, V) 以及处理器状态 (T 位用于 Thumb 指令集)。
CONTROL	控制寄存器	控制处理器工作模式，如栈指针选择 (MSP/PSP) 和权限级别 (特权级/用户级)。
PRIMASK	中断屏蔽寄存器	屏蔽所有可屏蔽中断，保证关键代码段不被中断打断。
BASEPRI	基础优先级寄存器	设置中断优先级屏蔽阈值，低于该阈值的中断会被屏蔽。
FAULTMASK	故障屏蔽寄存器	屏蔽所有异常，包括硬件故障，通常用于系统恢复或严重故障时。

分类记忆：
通用寄存器：R0-R12
R0-R3：用于数据传递、计算及函数参数传递；R0 也用于存储函数返回值。
R4-R12：用于存储局部变量，减少频繁的内存访问。
特殊功能寄存器：
R13（栈指针 SP）：指向当前栈顶，管理栈操作。
R14（链接寄存器 LR）：保存函数调用返回地址。
R15（程序计数器 PC）：指向当前执行的指令地址，控制程序流程。
状态和控制寄存器：
xPSR（程序状态寄存器）：包含条件标志和处理器状态。
CONTROL（控制寄存器）：控制处理器工作模式。
PRIMASK、BASEPRI、FAULTMASK：用于中断和故障管理。

2.2 处理模式

stm32默认普通程序和中断程序都工作在特权级。

处理者模式
- 始终运行在特权级
线程模式
- 可以运行在特权级和非特权级，通过CONTROL寄存器控制。

2.3 流水线

概念
MCU的流水线，指的是在指令执行过程中将一条指令的不同阶段拆分成多个步骤，让这些步骤可以并行执行，从而提高指令吞吐量。
一个典型的 ARM 处理器指令流水线包括以下阶段：
- 取指（Fetch）：从内存中获取指令。
- 译码（Decode）：将指令翻译成处理器可以理解的操作。
- 执行（Execute）：执行指令，如加法、乘法、位移等操作。
- 存储（Memory Access）：如果需要，进行内存访问，读取或写入数据。
ARM 处理器的流水线可以有多个阶段，常见的有 3 级、5 级或 7 级流水线，甚至更深的流水线设计。