Cortex-M3/M4/M7内核寄存器组详解
Cortex-M3/M4/M7内核寄存器组详解
在进行Cortex-M3/M4/M7内核MCU的RTOS开发过程中，"线程切换"是一个常见的操作，而这一操作与内核寄存器R0-R15和特殊功能寄存器密切相关。本文将详细介绍这些寄存器的功能和作用，为学习和使用RTOS打下基础。
1 Cortex-M3/M4/M7内核寄存器组介绍
1.1 R0-R15寄存器总览
Cortex-M3/M4/M7内核均拥有R0-R15这16个寄存器。
（1）R0-R12：通用寄存器
（2）R13：堆栈指针，它包含2个堆栈指针，一个是主堆栈指针（MSP），一个是进程堆栈指针（PSP）。在同一时刻对外表现为主堆栈指针或进程堆栈指针，只有一个能够看到，也就是所谓的“banked”寄存器。
（3）R14：链接寄存器（LR）
（4）R15：程序计数器（PC）
R0-R15的寄存器组可以用下面的图片表示：
1.2 R0-R12通用寄存器
R0-R12寄存器大小均为32位，用来实现最通用的数据操作，例如作为中间变量给目标变量赋值。其中R0-R7又被称为低组寄存器，而R8-R12又被称为高组寄存器。
其中R0-R7能够被绝大多数的16位 Thumb 指令访问，而32位的Thumb-2指令可以访问所有通用寄存器。
1.3 R13堆栈指针寄存器
为了支持操作系统，Cortex-M3/M4/M7内核拥有2个堆栈指针，然而任意时刻对外表现都是其中的1个，这样的寄存器又被称为“banked”寄存器。R13堆栈指针寄存包含以下2个堆栈指针：
（1）主堆栈指针（MSP）：MCU复位以后默认使用的堆栈指针，用于操作系统内核及异常（包含中断）处理例程。
（2）进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用。
注：
堆栈指针的低2位永远是0，因此能够保证堆栈指针永远是4字节对齐的。堆栈指针永远指向栈顶
1.4 R14链接寄存器（LR）
R14链接寄存器作用有以下2个方面：
（1）当我们调用其它函数时，R14链接寄存器被设置为函数返回地址
（2）发生异常或中断时，R14链接寄存器被设置为需要返回的地址
1.5 R15程序计数器（PC）
该寄存器的值永远是下一个执行的指令的地址。如果修改PC的值就能改变程序执行的顺序，实现一些高级操作。
1.6 特殊功能寄存器
Cortex-M3/M4/M7内核除了R0-R15之外还有若干特殊功能寄存器，包括程序状态字寄存器组（PSRS）、中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）、控制寄存器（CONTROL）。这些寄存器在RTOS的源码内经常可以看到，比如中断屏蔽寄存器组就常见于临界段的保护。