1 前言
当CM3开始响应一个中断时，会在它小小的体内奔涌起三股暗流：
入栈： 把8个寄存器的值压入栈;
取向量：从向量表中找出对应的服务程序入口地址;
选择堆栈指针MSP/PSP，更新堆栈指针SP，更新LR，更新程序计数器PC;
---引自《Cortex-M3权威指南》
为了提高异常响应的实时性，Cortex-M7采用了如下机制：
① 支持基于优先级的中断抢占
即便CPU当前正在进行异常处理，当新到异常的优先级较高时，即可进行抢占，转而处理该优先级较高的异常，即支持中断嵌套处理；
② 异常返回
如果当前无尚pending等待响应的异常，且没有被晚到（late-arriving)机制打断，当前异常处理完成后，就会进行异常返回；
③ 尾链机制（咬尾中断，tail-chaining）
为了加速异常响应速度，当一个异常处理完成后，如果还有处于pending状态的异常等待响应，则不会进行堆栈恢复，而是转而处理该pending的异常；
④ 晚到机制（late-arriving)
该机制主要是为了加速优先级抢占；若当前异常(A)响应正处于现场保护（压栈，保护现场等操作异常处理准备阶段），而新到一个优先级更高的异常B，则之前的准备工作都变成了为他人做嫁衣了，当然这些准备工作也不会浪费（这些准备工作也是新到的异常B处理所必须的），CPU会转而处理该优先级较高的异常，进行其对应的中断向量取指工作，待到异常B处理完成后，尾链机制生效，继续处理异常A；
当然，这种半路截胡的事情只限于异常处理准备阶段，一旦异常A进入异常处理（开始执行ISR)，则只能按照普通的抢占处理，这就意味着需要进行当前异常处理的现场保护，需要更多的CPU耗时和压栈处理。
总的来看，整个异常处理过程可大概理解为图1的流程：
图1 异常处理过程
2 异常响应的具体行为分析
2.1 异常响应
一个异常能够得到CPU响应的情况，主要分为以下两种：
① 异常来临时，CPU处于线程模式（Thread mode），抢的毫无悬念；
②异常来临时，CPU正在处理异常，但新到异常的优先级更高，照抢不误；
当然，以前描述的情况都是在异常没有被屏蔽的情况下讨论的，PRIMASK, FAULTMASK以及BASEPRI是三个可以用于异常使能或除能的特殊功能寄存器。
2.2 压栈
如果当前异常不是以晚到机制或尾链机制进行处理的，那么在毕竟要亲自动手进行异常处理前的准备活动，包括保护现场，对诸多寄存器进行压栈（依次把xPSR, PC, LR, R12以及R3-R0由硬件自动压入适当的堆栈中），这8个寄存器由硬件（强制）自动完成压栈，其集合称之为栈帧（stack frame)。当Cortex-M7选配的FPU使能时，同时也需要对FPU相关寄存器进行压栈处理，具体如图2所示。
图2 stack frame
其中：
① 栈帧中PC存储的是中断返回后执行的地址，为被中断打断的程序的下一条指令地址；
② 压栈等准备工作完成后，若没有被更高优先级的中断抢占，则正式进入中断处理阶段，该中断的状态会从pending变为active，开始执行ISR；反之，若新到一个更高优先级的异常，则该中断的状态会停留在pending状态，CPU会转而处理该新到异常；
此外，在进入ISR前，xPSR, PC, LR, R12以及R3-R0由硬件自动压入适当的堆栈（MSP或PSP）中，而其他寄存器如果由保护需求，则需要在ISR中手动入栈。例如，PortPendSVHandler代码中r4-r11，r14及FPU相关寄存器的相关入栈操作就是在ISR中完成的：
void xPortPendSVHandler( void )
{
/* This is a naked function. */
__asm volatile
(
" mrs r0, psp \n"
" isb \n"
" \n"
" ldr r3, pxCurrentTCBConst \n"/* Get the location of the current TCB. */
" ldr r2, [r3] \n"
" \n"
" tst r14, #0x10 \n"/* Is the task using the FPU context? If so, push high vfp registers. */
" it eq \n"
" vstmdbeq r0!, {s16-s31} \n"
" \n"
" stmdb r0!, {r4-r11, r14} \n"/* Save the core registers. */
" str r0, [r2] \n"/* Save the new top of stack into the first member of the TCB. */
" \n"
" stmdb sp!, {r0, r3} \n"
" mov r0, %0 \n"
" cpsid i \n"/* Errata workaround. */
" msr basepri, r0 \n"
" dsb \n"
" isb \n"
" cpsie i \n"/* Errata workaround. */
" bl vTaskSwitchContext \n"
" mov r0, #0 \n"
" msr basepri, r0 \n"
" ldmia sp!, {r0, r3} \n"
" \n"
" ldr r1, [r3] \n"/* The first item in pxCurrentTCB is the task top of stack. */
" ldr r0, [r1] \n"
" \n"
" ldmia r0!, {r4-r11, r14} \n"/* Pop the core registers. */
" \n"
" tst r14, #0x10 \n"/* Is the task using the FPU context? If so, pop the high vfp registers too. */
" it eq \n"
" vldmiaeq r0!, {s16-s31} \n"
" \n"
" msr psp, r0 \n"
" isb \n"
" \n"
#ifdef WORKAROUND_PMU_CM001 /* XMC4000 specific errata workaround. */
#if WORKAROUND_PMU_CM001 == 1
" push { r14 } \n"
" pop { pc } \n"
#endif
#endif
" \n"
" bx r14 \n"
" \n"
" .align 4 \n"
"pxCurrentTCBConst: .word pxCurrentTCB \n"
::"i" ( configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY )
);
}2.3 异常返回
在异常处理模式（Handler mode）下，将EXC_RETURN加载至PC，则会触发异常返回，通常有以下三种方式：
• An LDM or POP instruction that loads the PC.
• An LDR instruction with PC as the destination.
• A BX instruction using any register.
在ISR执行前，EXC_RETURN的值会被存储到LR，用于指示中断返回后使用的堆栈指针（MSP还是PSP)及处理器模式（线程模式还是异常处理模式），一旦EXC_RETURN被加载到PC，则标志着ISR执行完毕，随即触发中断返回序列。EXC_RETURN的bits[31:5]恒为1，而低5位用于存储返回信息，具体见表1：
表1 EXC_RETURN定义的异常返回行为
