Cortex-M4的系统控制模块SCB

系统控制模块(System Control Block, SCB)提供了系统实现信息，系统控制接口， 也包含了配置、控制、报告系统异常的功能。 该模块的寄存器被映射到了系统控制空间(System Control Space, SCS)中了。

1. ACTLR

默认情况下该寄存器为Cortex-m4提供了最优的性能，一般是不需要更改的。 但是，我们也可以在Privileged的权限下关闭一些功能。

• DISMCYCINT：
  关闭Multi-Cycle Interruptions。当该位为'1'时，将不允许中断多周期的装载和保存数据指令。 这样将增加中断响应时间，因为必须在LDM或者STM执行结束后才能进入中断响应函数。
• DISDEFWBUF：
  关闭写缓存：这将导致所有的BusFaults都是precise BusFaults。 但是会影响性能，因为在所有写数据到内存的操作完成之前是不能执行其它指令的。
• DISFOLD：
  关闭IT指令的folding功能。在一些情况下，处理器可以在执行IT指令的时候， 执行一个IT块的第一条指令。这种特性被称为IT folding。 它可以提高系统的性能，但是它会产生一种jitter in looping的现象(什么鬼，没见到过)。 如果一定要避免这种现象，就要将该位置'1'，关闭它。

此外还有DISFPCA和DISOOFP，干什么用的也还没弄明白。

2. CPUID

CPUID包含了处理器的版本号等实现信息。是一个只读的寄存器。

• Revision：
  Cortex-M4内核版本号的p部分。 ARM的补丁版本号是rnpn的形式，其中r为大版本号标志，p为小版本号标志，n为具体的版本号。 Cortex-M4最新的版本是r0p1，所以该字段的值为1。
• PartNo：
  处理器的part number，为0xC4，标志着Cortex-M4。
• Constant：
  就是一个常数，为0xF，似乎没有什么意思。
• Variant：
  Cortex-M4内核版本号的r部分，为0x0。
• Implementer：
  0x41标志着ARM。

3. ICSR

中断控制和状态寄存器，提供了NMI的置位标志和PendSV、SysTick的置位和清除位。 同时还记录了正在执行和将要执行的中断编号，也标志了是否有中断被抢断了。 需要注意的是，对该寄存器进行写操作时不能同时对PENDST(SV)CLR和PENDST(SV)SET写1， 系统的运行情况将不可知。

• VECTACTIVE：
  正在处理的异常编号。在使用CMSIS的中断编号时，需要将该值减去16， 原因参见Cortex-M4的异常和中断系统。
• RETTOBASE：
  标志着中断服务函数退出后是否返回到base level。 当该位为'0'时不返回，意味着有优先级更低的中断服务被抢断了。
• VECTPENDING：
  将要被处理的中断。它记录了当前所产生的中断中优先级最高的那个的中断编号， 作为下一个被处理的中断。受到BASEPRI和FAULTMASK的影响，但与PRIMASK无关。
• ISRPENDING：
  标志着除了NMI和FAULT之外的中断是否产生。
• PENDSTCLR：
  清除计时器SysTick的中断标志。该位只写，读的话值未知。
• PENDSTSET：
  置位计时器SysTick的中断标志。 向该位写0没有影响，写1则标志SysTick中断。对该位的读标志着SysTick是否中断。
• PENDSVCLR：
  清除PendSV的中断标志。
• PENDSVSET：
  PendSV的中断标志。
• NMIPENDSET：
  标志着NMI产生。

4. VTOR

中断向量表偏移地址寄存器。中断向量表是128个word对齐的，也就是说它的低9位都是0。 对该寄存器的设置将修改中断向量表的起始地址。 而该寄存器的第29位标志了中断向量表是在SRAM中还是代码段中，有时也称该位为TBLBASE位。

5. AIRCR

应用中断和复位控制寄存器，提供了中断的优先级分组控制，记录了数据的大小端存储方式， 以及系统的复位控制。为了安全，对该寄存器的写操作必须保证VECTKEY字段写入0x5FA， 否则将忽略该写操作。

• VECTRESET：
  保留做DEBUG用，到底有啥用还不清楚。读操作返回0，如果对该位进行写操作，一定要写0， 否则效果未知。
• VECTCLRACTIVE：
  与VECTRESET一样保留做DEBUG用。读操作返回0，如果对该位进行写操作，一定要写0， 否则效果未知。
• SYSRESETREQ：
  请求系统重启除Debug外的所有主要外设。
• PRIGROUP：
  中断分组控制，申明了PRI_n中group priority和subpriority的为划分：如下

  表 1 中断优先级分组

  PRIGROUP [2:0]	Interrupt priority level value, PRI_N[7:4]			Number of
  	Binary point	Group priority bits	Subpriority bits	Group priorities	Subpriorities
  0b0xx	0bxxxx	[7:4]	None	16	None
  0b100	0bxxx.y	[7:5]	[4]	8	2
  0b101	0bxx.yy	[7:6]	[5:4]	4	4
  0b110	0bx.yyy	[7]	[6:4]	2	8
  0b111	0byyyy	None	[7:4]	None	16
  在PRI_n中用x表示group priority的位，y表示subpriority的位

• ENDIANS：数据大小端存储，为0表示小端存储。
• VECTKEY：对该寄存器的写访问，必须保证对该字段写0x5FA，否则将忽略。对该字段的读操作将总是返回0xFA05。

6. SCR

系统控制寄存器，控制着系统进入和退出低电压状态的方式和特征。

• SLEEPONEXIT：
  为0时，当中断服务函数处理完后返回到Thread模式时，系统将不休眠。 为1时，从中断服务函数返回时系统将进入sleep或者deep sleep状态。
• SLEEPDEEP：
  控制着处理器进入低电压状态时是sleep模式还是deep sleep模式。为0时是sleep模式。
• SEVEONPEND：
  为0时只有使能的中断才能唤醒系统，为1时所有的中断都可以唤醒系统。

7. CCR

配置和控制寄存器，控制着进入Thread模式的方式和特性，也用于使能非对齐访问和除零的异常trap。

• NONBASETHRDENA：
  该位置1时，任何时候都可以通过控制EXC_RETURN的值返回到Thread模式。 为0时，则只有当没有异常需要处理时才可以返回到Thread模式。
• USERSETMPEND：
  决定unprivileged软件是否可以访问STIR寄存器。
• UNLIGN_TRP：
  使能unligned访问的trap。如果该位置1，那么当产生unligned访问时将产生一个usage fault。 无论该位是否置1，非对齐的LDM, STM, LDRD, STRD指令都会触发fault异常。
• DIV_0_TRP：
  使能除零trap。当该位为0时，除零的结果是0。
• BFHFNMIGN：
  为0时，由于读写内存产生的bus fault将产生一个lock-up。 为1时，处理优先级为-1和-2的中断，既SysTick和PendSV中断时，将忽略由于load和store指令产生的bus fault。
• STKALIGN：
  配置进入中断服务时栈空间对齐方式。在进入中断时处理器用PSR的第9位标记栈对齐方式， 中断返回时将根据这一位装载正确的栈空间对齐方式。为0时，4字节对齐；为1时，8字节对齐。

8. SHPR

系统异常服务优先级寄存器，System Handler Priority Registers。 一共有三个这样的寄存器，标记为SHPR1,SHPR2,SHPR3，它们可以按字节访问。 SHPR1用于配置memory management fault(PRI_4), bus fault(PRI_5)和Usage fault(PRI_6)； SHPR2用于配置SVCall(PRI_11)；SHPR3则用于配置PendSV(PRI_14)和SysTick(PRI_15)。 虽然每一个PRI_n都有8位，但低4位是只读的，只有高4位可以用来配置。

9. SHCSR

系统异常服务控制和状态寄存器，System Handler Control and State Regester。 该寄存器用于激活系统异常服务，使能fault异常中断，记录系统异常中断触发事件。

如果关闭了系统异常服务，而且产生了fault异常中断，则会触发hard fault异常事件。

10. CFSR

可配置错误异常状态寄存器，Configurable Fault State Register。 该寄存器实际上可以拆分为MEMFSR,BFSR,UFSR三个子寄存器，它们可以被单独访问。

MEMFSR对应CFSR[7:0]，可以通过地址0xE000ED28直接访问，涉及的位定义如下：

• IACCVIOL：
  标志着处理器尝试从一段非执行内存中获取指令。
• DACCVIOL：
  标志着处理器尝试从一段没有相应权限的内存中读取或者写入数据。
• MUNSTKERR：
  标志着处理器从异常中断中退出时没有正确处理栈指针。
• MSTKERR：
  标志着处理器进入异常中断时没有正确处理栈指针。
• MLSPERR：
  标志着处理器在floating-point lazy状态下产生的内存错误。
• MMARVALID：
  标志着Memory Management Fault Address Register(MMAR)中记录了一个异常地址。

BFSR对应CFSR[15:8]，可以通过地址0xE000ED29直接访问，我们也可以通过0xE000ED28半字访问MEMFSR和BFSR。涉及的位定义如下：

• IBUSERR：
  指令总线错误，处理器在prefetch一条指令时就会检测指令中线错误，但只有在issue指令时才将该位置‘1’。
• PRECISERR：
  Precise data bus error。在处理器将该位置‘1’的同时，也会把错误地址写入BFAR中。
• IMPRECISERR：
  Imprecise data bus error。当处理器将该位置‘1’时，不会写BFAR。
• UNSTKERR：
  因为退出中断时没有恢复栈空间导致的各种各样的总线错误。
• STKERR：
  因为进入中断时没有恢复栈空间导致的各种各样的总线错误。
• LSPERR：
  处理器在floating-point lazy状态下产生的总线错误。
• BFARVALID：
  标志着Bus Fault Address Register(BFAR)中记录了一个总线异常地址。

UFSR对应CFSR[31:16]，可以通过地址0xE000ED2A直接访问，涉及的位定义如下：

• UNDEFINERR：
  处理器尝试执行一个未定义的指令。
• INVSTATE：
  处理器尝试非法地访问EPSR。
• INVPC：
  处理器尝试非法地装载数据到PC寄存器中。
• NOCP：
  处理器尝试访问不支持的协处理器Co-Processor。
• UNALIGNED：
  处理器访问未对齐的地址。
• DIVBYZERO：
  除零。

11. HFSR

硬件错误状态寄存器。该寄存器是可读的，对该寄存器写1将清除对应位。

• VECTTBL：
  向量表错误。
• FORCED：
  由其它fault导致的硬件错误，当该位置‘1’时，需要检查其它错误状态寄存器以确定事件来源。
• DEBUG_VT：
  保留Debug用，对该位必须写‘0’，否则将可能产生以外的现象。

12. MMAR

当MMFSR中的MMARVALID置位时，该寄存器将记录出错的地址。

13. BFAR

当BFSR中的BFARVALID置位时，该寄存器将记录出错的地址。

14. AFSR

其它错误寄存器，Auxilliary Fault State Register。由具体的处理器实现定义。

参考书目

1. STM32F3,STM32F4 and STM32L4 Series Cortex-M4 Programming Manual, PM0214.