2.3 处理器操作模式
ARM Cortex-M3支持两个特权模式（异常模式、线程模式）和两个特权等级（特权级），如图2.3所示。在嵌入式系统应用程序中，程序代码涉及异常代码和非异常代码，这些代码可以工作在特权模式下，也可以工作在用户模式下，但有区别。当处理器处在线程模式下时，既可以使用特权模式，也可以使用用户模式；另外，异常模式总是使用特权模式的。在复位后，处理器进入线程模式加特权模式。
在线程模式加用户模式下，对系统控制空间（SCS，0xE000E000～0xE000EFFF，包括NVIC、SysTick、MPU以及代码调试控制所用的寄存器）的访问将被禁止。除此之外，还禁止使用MRS/MSR指令访问除APSR之外的特殊功能寄存器。若进行访问操作，则对于访问特殊功能寄存器的访问操作被忽略，而对于访问SCS空间的访问操作将产生错误。
图2.3 操作模式和特权模式
在特权模式下，不管任何原因产生了任何异常，处理器都将以特权模式来运行其服务例程。异常返回后，系统将回到产生异常时所处的模式，同时特权模式也可通过置位CONTROL[0]来进入用户模式。用户模式下的代码不能再试图修改CONTROL[0]来回到特权模式。它必须通过一个异常来修改CONTROL[0]，才能在返回到线程模式后进入特权模式。处理器模式转换图如图2.4所示。
图2.4 处理器模式转换图
把代码按特权模式和用户模式分开处理，有利于使ARM Cortex-M3的架构更加稳定可靠。例如，当某个用户程序代码出问题时，可防止处理器对系统造成更大的危害，因为用户模式的代码禁止写特殊功能寄存器和NVIC中的寄存器。另外，如果还配有MPU，保护力度就更大，甚至可以阻止用户代码访问不属于它的内存区域。
在引入了嵌入式实时操作系统后，为了避免系统堆栈因应用程序的错误使用而被毁坏，我们可以给应用程序专门配一个堆栈，不让它共享操作系统内核的堆栈。在这种管理制度下，运行在线程模式下的用户代码使用PSP，而异常程序则使用MSP。这两个堆栈指针的切换是智能且全自动的，在异常服务的始末由ARM Cortex-M3硬件处理。(https://www.daowen.com)
如前所述，特权模式和堆栈指针的选择均由CONTROL寄存器负责。
当CONTROL[0] =0时，在异常处理的始末，只发生了处理器模式的转换，中断前后的状态转换如图2.5所示。
图2.5 中断前后的状态转换
若CONTROL[0] =1（线程模式+用户级），则在中断响应的始末，处理器模式和特权模式都要发生变化。中断前后的状态转换和特权模式切换如图2.6所示。
图2.6 中断前后的状态转换和特权模式切换
CONTROL[0]只有在特权模式下才能访问。用户模式的程序如想进入特权模式，通常都使用一条系统服务呼叫指令SVC来触发SVC异常，该异常的服务例程可以视具体情况来修改CONTROL[0]。
