STM32学习笔记-CortexM3的函数跳转
STM32F1是CortexM3内核，这里记录一下其函数跳转与中断跳转中的寄存器与堆栈变换情况。
CortexM3的寄存器和堆栈
首先，得知道M3各个寄存器。
这里主要需要关注R13栈堆寄存器(保存堆栈地址)，R14连接寄存器(储存跳转前地址)，R15程序计数寄存器(指向下一条要执行的指令地址)。
除此之外还有一些特殊功能寄存器。只能被MSR、MRS指令访问。
这里只需要关注xPSR寄存器(储存程序状态)，CONTROL寄存器（主要是其控制堆栈指针的功能）。
SP栈指针
SP指针指向的是栈的地址，最开始指向栈底，使用压栈出栈指令的时候会自动进行管理地址的增减。栈堆一个很重要的作用就是在跳转中储存寄存器的值。
堆栈的 PUSH 与 POP
堆栈是一种存储器的使用模型。它由一块连续的内存和一个栈顶指针组成，用于实 现“后进先出”的缓冲区。其最典型的应用，就是在数据处理前先保存寄存器的值，再 在处理任务完成后从中恢复先前保护的这些值。
在执行 PUSH 和 POP 操作时，那个通常被称为 SP 的地址寄存器，会由硬件自动调整它的值，以避免后续操作破坏先前的数据。
栈寄存器分为**MSP(主栈)和PSP(线程栈)**，由CONTROL寄存器决定。系统复位后或处于处理模式时为MSP。MSP初地址在向量表的第一项。同一时间SP只能读到一个栈，但可以通过MRS/MSR 指令来指名道姓地访问具体的堆栈指针。
LR链接寄存器
LR寄存器在使用跳转指令BL,BLX时，内核会将返回地址保存在LR中，方便之后直接使用BX LR返回。如果发生函数嵌套，需要在跳转前将BL的值压入栈，防止再次被覆盖。
在发生中断跳转到中断处理函数时，LR寄存器会储存一个叫EXC_RETURN的值，用来进行中断跳转流程。
PC寄存器
这个不用多说，储存了下一条要执行指令的地址，程序往下运行的核心（也是程序跑飞的核心）。CortexM3只支持Thumb模式运行，因此其最低位必须为1，表示在Thumb模式，否则会产生一个fault异常。
xPSR寄存器
程序状态寄存器，三合一，主要保存了一些状态（比如计算溢出、进位之类）。
CONTROL寄存器
用来设定是使用MSP还是PSP以及设定是程序是特权级(可以访问全部地址和功能)还是用户级(受限的地址和寄存器访问)。
APCS标准
ARM公司给ARM框架上的程序都规定了一套标准，所有编译器的编译结果都必须按照这个标准，这样编译出来的程序才能进行正确链接。APCS定义了以下几个方面：
- 对寄存器使用的限制。
- 使用栈的惯例。
- 在函数调用之间传递/返回参数。
- 可以被‘回溯’的基于栈的结构的格式，用来提供从失败点到程序入口的函数(和给予的参数)的列表。
这里给出它的几个要点：
参数和返回值传递，对于简单的情况，输入参数由R0-R3分别用来记录第1到第4个参数。当传递的参数超过4个时，就需要借助栈来保存参数。函数的返回值通常保存在R0中，若返回值为64位的，R1也用来保存返回值。
函数调用中的寄存器用法。函数或子程序应该保持R4-R11、R13(SP)和R14(LR)的数值。若这些寄存器在函数或子程序执行期间被修改，则其函数应该保持在栈中并在返回调用代码前恢复。这几个寄存器也被称作“被调用者保存寄存器”，也就是需要被调用者（例如子函数，中断等）进行保存的寄存器。而对于R0-R3、R12、则属于调用者保存寄存器，这几个寄存器是需要调用者做保存工作。在发生异常或中断啊时，R0-R3、R12、SP、PC会硬件自动进程压栈。
链接寄存器LR用于函数或子程序调用时返回地址的保存，若某函数需要调用另外一个函数或子程序，则它需要首先将LR的数值保存到栈中，否则，当执行了函数调用后，LR的当前值就会丢失。
总结一下，就是参数值传递按顺序存放在寄存器r0,r1,r2,r3里，超过4个参数值传递则放栈里。返回值放在r0,r1中。然后就是R4-R11、R13(SP)和R14(LR)的数值不能被改变。
函数跳转过程
函数的跳转不涉及特权模式，其过程还是比较简单的（相对于中断处理来说）。
在这篇文章给出了一个具体的例子。
当程序需要进行函数跳转时，会将函数的参数放到R0,R1,R2,R3寄存器(一共4*32位)，如果需要更大空间，需要将参数压到栈中。如果这其中还有有用的数据，需要先将其也压入栈中（比如中断嵌套时，这其中还有要使用的参数）。
之后执行跳转指令，该指令会跳转到一个地址并将跳转前的地址存到LR寄存器中。
进行跳转后，子函数需要保存R4-R11、R14(LR)的值到栈中(如果不改动就不需要保存)。
执行子程序，将要返回的结果存放在R0、R1。
执行完成跳转回去前，将保存的寄存器值恢复出来。
利用LR的值进行跳转指令，回到原程序。
中断的跳转流程
中断的跳转与函数跳转不同，中断会直接打断程序的运行，不会等程序准备好跳转（此时R0-R3等寄存器还没有准备好，可能存有重要数据）。另外，中断使用的栈是MSP和程序可能使用PSP，栈的位置不同，会涉及到栈地址的保存。
因此对于中断，有一个专门中断跳转流程。
1，入栈
触发中断后，处理器要做的第一件事是保存现场。不像函数调用，此时无法保证APCS标准中的寄存器做好了跳转准备，因此处理器会依次把xPSR, PC, LR, R12以及R3-R0由硬件自动压入适当的堆栈中。如果此时正在使用PSP则压入PSP，否则压入MSP。进入中断后使用MSP。
2，取向量
函数跳转指令需要地址，中断也需要。中断的地址储存在中断向量表中。在数据总线入栈时，指令总线（I-Code）会从向量表中读取中断处理函数的地址。
3，更新寄存器
完成上述操作后，处理器会将SP变成MSP，同时在IPSR相应位置设置异常编号，将地址放进PC，更新LR值。
此时，填入LR寄存器的值是一个特殊的名为EXC_RETURN的值，该值标志了中断返回后使用线程模式还是处理模式，使用PSP还是MSP。同时还标志了栈帧类型（结束后会设置到CONTROL寄存器的FPCA位）。
4，进入中断
进入中断函数后，和其他函数一样，软件去保存其他寄存器。之后执行自己的服务。结束后软件恢复保存的栈。
5，中断返回
在中断函数中执行触发中断返回的指令（BX LR,POP,LDR,LDM）改变PC的值为EXC_RETURN，会触发异常返回。
根据EXC_RETURN确定返回后处理器的状态。之后进行出栈，恢复之前被硬件压栈的寄存器。
引入一个EXC_RETURN的作用：使编译器能够以编译普通函数的方式编译中断函数，而不必使用标识进行注明（比如51中的__interrupt）。
参考文章
CM3权威指南