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cortex-m3的操作模式及特權級別

CHANBAEK ? 來源:硬件工程師干貨 ? 作者:硬件工程師干貨 ? 2023-03-01 11:00 ? 次閱讀

STM32是cortex-m3內核芯片,擁有cortex-m3的特性,以下介紹了cortex-m3的特權級別。

1、先來說一下操作模式:

cortex-m3有兩種操作模式:筆者覺得也可以稱為代碼執行模式,線程模式(thread mode)和異常模式(handler mode),用于表示處理器在執行什么代碼。

thread mode:執行非異常代碼,也就是用戶代碼。

handler mode:執行異常代碼,如中斷服務程序。

2、再來說一下特權級別:

cortex-m3有兩種權利級別:特權級(Privilege)和用戶級(user)。這兩種模式主要用于阻止對硬件的異常訪問,比如存儲資源、關鍵寄存器等。

特權級別:能夠訪問硬件所有存儲資源,能夠執行所有指令。

用戶級別:禁止使用MSR和MRS訪問特殊功能寄存器(APSR除外),不能使用CPS指令。對系統控制空間的訪問有限制,即,不能訪問system tick、NVIC、system control block(SCB)。

如何才能在這兩個級別切換呢?答案是修改寄存器CONTROL[0]。這個寄存器只能在特權級別下修改,用戶級別下是不能修改此寄存器的,要想從用戶級別轉到特權級別,只能進入異常/中斷,然后在異常/中斷中修改寄存器,因為在異常/中斷中總是特權級別。

在線程模式,可以是特權級,也可以是用戶級。handler模式總是特權級的。在復位后,處理器處于線程模式+特權級。

3、介紹一下系統控制空間(SCS):

系統控制空間(system control space):在地址空間的位置,如下圖所示,地址區間0xE000E000-0xE000F000,這部分區域包含:System control block、system tick、Nested Vectored Interrupt Controller(NVIC)、PMU等。這些寄存器是處理器能夠工作的根本,必須有相應權限才能修改,即,特權級才能修改。

poYBAGP-v3aAQ9rNAAMZjpHl_GA060.png

System control block(SCB)包含了系統相關的寄存器,如下:

poYBAGP-v4yARrPiAAK40gAfTJA273.png

4、總結:

特權級有特權,權利大,能訪問所有資源,用戶級權利小,不能所有資源。說實話這權利級別一般不做修改,即,保持默認的特權級別。因為cortex-M3內核是個低端內核,很大一部分應用都是無操作系統的裸機執行程序,在沒有特殊安全要求的前提下沒必要切來切去的,比較麻煩。

5、題外話:

我們在使用STM32跑實時操作系統的時候經常使用systick作為操作系統的心跳,很多人不知道這個systick和普通的定時器有什么區別,通過上面介紹這個systick相關寄存器位于系統控制空間(SCS),用戶級別不能訪問systick寄存器,防止用戶級別代碼誤操作,篡改systick寄存器威脅系統安全。

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