ARM Cortex-M设备重启从特定位置运行

在项目开发中，有些设备在接收到相关指令或者遇到某种中断触发后需要重启。如果从程序入口处进行启动，会有一段比较长的时间进行初始化工作，相当浪费时间。重启的位置可以从初始化后的特定位置重新运行，这就需要把当前的程序计数器PC及堆栈SP指针进行备份。

下面的程序不涉及到进程堆栈，备份的断点位置是在线程模式下。首先需要声明两个变量：

// Global Variables to track test progress
unsigned int g_labelBP; //BP
unsigned int g_MSP;     //MSP backup

对断点位置进行备份用C语言无法实现，需要用汇编语言实现。

//backup PC value
__asm void BackupPC(void)
{
    IMPORT g_labelBP
    IMPORT g_MSP
    
    ;把断点位置下一条指令的PC指针存入变量g_labelBP
    LDR  r0, =g_labelBP
    PUSH {lr}	
    LDR  r1, [sp, #0x0]
    STR	 r1, [r0]
    
    ;把断点位置的主堆栈指针MSP存入变量g_MSP
    LDR  r0, =g_MSP
    mrs  r1, msp
    adds r1, #0x04
    STR	 r1, [r0]
    
    ;返回断点位置的下一条指令继续执行
    pop {pc} 
}

如果遇到某种中断触发后进行重启，回到备份的端点位置，下面首先讲两个知识点。

1、中断发生后入栈后堆栈内的内容

2、EXC_RETURN寄存器

EXC_RETURN为架构定义的特殊值，用于异常返回机制，这个值在异常被接受并且压栈完成后会自动存储到链接寄存器中（LR或 R14）。 EXC_RETURN为32位数值，并且高28位置1 ，第0位到第3位则提供了异常返回机制所需的信息（见下表)。

Cortex-M0 中EXC_RETURN的 bit0保留，且必须为 1。

EXC_RETURN的 bit2 表示出栈恢复寄存器时使用的是主栈（MSP）还是进程栈（PSP）。

EXC_RETURN的 bit3 表示处理器要返回线程模式还是处理模式。

下表列出了Cortex-M0处理器使用的EXC_RETURN的合法值。

由于 EXC_RETURN 的值在异常入口处被自动加载到 LR 中，异常处理会把它当成普通的返回地址。如果返回地址无须保存在栈上，异常处理也可以像普通函数一样，通过执行 “BX LR” 来触发异常返回并且返回到中断前的程序。另外，如果异常处理需要执行函数调用，就需要将 LR 压栈．在异常处理的最后，已经压栈的 EXC_RETURN 值将会通过 POP 指令直接加载到 PC ，这样就能触发异常返回流程并且返同到中断前的程序。

汇编程序如下：

//jump from interrupt service program to the back point of the main program
__asm void rtnBackup(void)
{
    IMPORT g_labelBP
    IMPORT g_MSP

    ;发生中断后MSP=g_MSP-0x20
    LDR r0, =g_MSP
    LDR r1, [r0]		 ;r1=backup MSP addr
    SUBS r1,r1,#0x20 	
    msr	MSP,r1
 
    ;r1=backup pc addr
    LDR r0, =g_labelBP
    LDR r1, [r0]		 ;r1=backup pc addr
    
    ;更改中断发生后堆栈中PC的值,以便中断能正常返回到断点位置
    mrs r2,MSP
    LDR r3,=0x18
    add r3,r2			 ;msp+18, pc
    STR r1,[r3]
    
    ;更改中断发生后堆栈中xPSR的值（线程模式）,以便中断能正常返回到断点位置
    LDR r3,=0x1c
    add r3,r2			 ;msp+1c, xPSR
    LDR r1, =0x01000000	 
    STR r1,[r3]			 ;xPSR=0x01000000, Thumb state bit = 1
    
    ;设置r2为特定值，使其从中断中返回到中断前的位置
    ldr r2,=0xfffffff9	 ;return to thread mode
    bx r2
}

ARM Cortex-M设备重启从特定位置运行

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