异常类型
优先级
- 0x00：最高优先级（所有位为0）
- 0x20：次高优先级（高3位为001）
- 0x40：优先级略低（高3位为010）
- 0x60：优先级略低（高3位为011）
- 0x80：中等优先级（高3位为100）
- 0xA0：优先级较低（高3位为101）
- 0xC0：更低优先级（高3位为110）
- 0xE0：最低优先级（高3位为111）
抢占优先级和子优先级
Cortex-M3处理器将完整的256个优先级按位划分为抢占优先级和子优先级。
这种划分方式由NVIC（嵌套向量中断控制器）中的“应用程序中断及复位控制寄存器”（AIRCR寄存器）中的“优先级组”位段决定。
- 抢占优先级（Preempt Priority）：高位部分，控制中断的抢占关系。具有更高抢占优先级的中断可以抢占低优先级中断。
- 子优先级（Sub Priority）：低位部分，当多个中断有相同的抢占优先级时，子优先级决定哪个中断首先被响应。
抢占优先级和子优先级的优先级组的配置如下，
举个例子解释上表，比如当我们选择分组位置为2时，那么八位的优先级寄存器的第7位到第2位表示的是抢占优先级，0位和1位表示子优先级；并且，从上表可以看到，子优先级至少占了1位，所以抢占优先级最多占7位，所以最多为128级。
向量表
Cortex-M3的向量表是一个存储指针（函数入口地址）的数组，位于内存的某个特定地址。向量表中的每个条目是一个32位的地址指针，指向该中断或异常的处理程序函数。表的最开始部分包含两个特殊的条目：
- 初始堆栈指针（Initial Stack Pointer）：向量表的第一个条目（地址
0x00000000）保存处理器复位时的初始堆栈指针值。处理器复位后会从这里读取堆栈指针，并将其加载到主堆栈指针（MSP）寄存器中。 - 复位向量（Reset Vector）：向量表的第二个条目（地址
0x00000004）保存复位异常（Reset）的处理程序地址。当系统复位时，处理器会从这里跳转到启动代码。
在这两个特殊条目之后，向量表的其余部分包含各种异常和中断的处理程序入口地址，如下，
向量表通常位于内存地址0x00000000处。
然而，在Cortex-M3中，可以通过设置NVIC中的向量表偏移寄存器（来改变向量表的基地址。这使得在不同的内存地址区域（如RAM）中存储向量表成为可能。
中断输入及悬起
中断输入
中断输入是由外部设备或系统内部事件引发的一种信号，用来通知处理器发生了某个事件，要求进行处理。Cortex-M3支持多种类型的中断源，如外部GPIO中断、定时器中断、UART中断等。
中断输入信号被触发后，Cortex-M3的嵌套向量中断控制器（NVIC）会根据中断的优先级来决定如何处理。
NVIC通过中断向量表查找中断服务程序（ISR）的入口地址，并执行相应的处理程序。
流程如下，
- 中断触发：外部信号或内部事件触发中断。
- 中断悬起：中断控制器将该中断标记为“悬起状态”。
- 中断处理：当处理器空闲或优先级合适时，NVIC将转移到对应的中断服务程序（ISR）。
- 中断结束：执行完中断服务程序后，NVIC清除中断悬起标志，并恢复正常程序执行。
中断悬起
中断悬起是指在中断信号输入后，该中断进入等待处理的状态。Cortex-M3的中断系统允许多个中断同时处于悬起状态，并根据优先级进行调度。
- 多个中断的悬起：如果多个中断同时触发，NVIC会根据中断的优先级来决定哪个中断优先处理。优先级更高的中断将优先被服务，而优先级较低的中断将继续处于悬起状态，直到处理器有空处理它们。
- 中断嵌套：如果一个中断正在处理过程中，又有更高优先级的中断触发且悬起，处理器会暂停当前的中断处理，转而执行优先级更高的中断。这就是所谓的中断嵌套。
- 悬起中断的自动清除：通常，NVIC在执行完中断服务程序后，会自动清除该中断的悬起状态。然而，某些中断可能需要手动清除悬起标志，具体取决于外设和应用程序的设计。
Fault异常
总线Fault
总线Fault是指当处理器尝试访问总线上的设备或内存时发生的错误。这类错误通常与外设、内存或总线控制器等硬件组件相关。
- 企图访问无效的存储器 region。常见于访问的地址没有相对应的存储器。
- 访问某个外设时，外设无法正常响应（如无法执行读写操作）。
- 在企图启动一次数据传送时，传送的尺寸不能为目标设备所支持。例如， 某设备只接受字型数据，却试图送给它字节型数据。
- 因为某些原因，设备不能接受数据传送。例如，某些设备只有在特权级下 才允许访问，可当前却是用户级。
- 多主设备同时访问同一总线，导致仲裁冲突。
在发送Fault后，处理方式如下，
- 处理器进入总线Fault异常，并执行总线Fault处理程序。
- NVIC中的Bus Fault Status Register（BFSR）会记录具体的Fault原因，帮助开发者调试和定位问题。
总线Fault也分为精确Fault和不精确Fault,如下，
存储器Fault
触发存储器Fault的原因如下，
- 访问了所有 MPU regions 覆盖范围之外的地址
- 访问了没有存储器与之对应的空地址
- 往只读 region 写数据，当代码尝试访问被保护的区域，如只读存储器、不可执行的存储器区域，或特定特权模式下才能访问的区域时
- 用户级下访问了只允许在特权级下访问的地址
- Cortex-M3有专门的硬件机制来检测栈溢出。若栈指针超出有效的栈区域（由MPU配置），则会引发存储器访问故障。
和总线 fault 一样，MemManage fault 必须被使能才能正常响应。
存储器管理 fault 状态寄存器(MFSR)，地址为0xE000_ED28，内容如下，
备注：在 MemManage fault 发生后，如果其服务例程是使能的，则执行服务例程。如果同时还发生了其它高优先级异常，则优先处理这些高优先级的异常，MemManage 异常被悬起。
用法Fault
用法Fault常见触发原因，
-
未定义指令： 如果程序执行了无效或未定义的指令（通常是由于代码损坏或编译错误），会触发Usage Fault。
-
除以零错误： 当程序试图执行整数除以零的操作时，Cortex-M3会产生Usage Fault（除非除零检测被禁用）。
-
对无效地址的访问： 访问无效地址或者超出合法范围的地址（例如NULL指针）可能导致Usage Fault。
-
对特权指令的非法访问： 在用户模式下执行特权指令，如修改特权寄存器等，可能会引发Usage Fault。
-
对协处理器的非法访问： 如果程序试图访问未实现的协处理器指令（Cortex-M3没有FPU，因此对浮点运算单元的非法访问也可能引发此Fault）。
-
未对齐的内存访问： Cortex-M3内核对某些数据访问要求内存地址对齐。例如，32位访问要求地址是4字节对齐，64位访问需要8字节对齐。如果访问未对齐的地址，可能会导致Usage Fault。
-
尝试进入 ARM 状态：因为 CM3 不支持 ARM 状态，所以用法 fault 会在切换时产生。
那我们如何捕获用法Fault，可以使用SCB寄存器捕获错误。
在发生Usage Fault时，SCB的CFSR（Configurable Fault Status Register）寄存器会提供详细的错误信息。
UFSR是CFSR（Configurable Fault Status Register）的一部分，位于该寄存器的高16位，负责记录各种与Usage Fault相关的错误。
硬Fault
SVC和PendSV
在Cortex-M3内核中，SVC（Supervisor Call）和PendSV（Pending Supervisor Call）是两个与操作系统任务管理密切相关的异常（异常号分别为11和14），通常用于实现系统调用和任务切换等功能。
SVC
SVC指令是一种特权指令，允许程序从用户模式切换到特权模式以执行系统调用。
它通常用于操作系统内核提供的服务，比如任务管理、内存管理或硬件资源的访问。
在使用操作系统时，应用程序（通常在用户模式下运行）不能直接访问硬件资源，而是通过操作系统提供的接口间接控制硬件。SVC就是这种接口机制的一部分。
SVC工作机制：
- 用户程序执行一条
SVC指令（SVC指令后跟一个立即数，比如0x3，作为系统服务调用的索引）。 - 当
SVC指令被执行时，处理器自动产生一个SVC异常，这时处理器会切换到特权模式，保存当前上下文，并跳转到操作系统定义的SVC_Handler中断服务例程。 SVC_Handler根据传递的立即数，决定要执行的具体系统服务。- 处理完用户的系统服务请求后，操作系统返回控制权给用户程序，继续执行剩余的代码。
SVC和操作系统之间的示意图如下，
备注：我们不能在 SVC 服务例程中嵌套使用 SVC 指令（事实上这样做 也没意义），因为同优先级的异常不能抢占自身。这种作法会产生一个用法 fault。同理，在 NMI 服务例程中也不得使用 SVC，否则将触发硬 fault。
PendSV
PendSV是Cortex-M3中的另一种异常，主要用于实现任务切换，通常用于延迟或悬挂执行低优先级的任务。
PendSV不会像SVC一样通过指令触发，而是通过设置相关寄存器触发。例如，操作系统在需要任务切换时，会手动设置PendSV中断悬起位（SCB->ICSR中的PENDSVSET位），来触发PendSV异常。
当需要切换任务时，操作系统会触发PendSV异常，以便保存当前任务状态，并切换到下一个任务。
PendSV的典型应用场景：
- 任务调度：在RTOS中，PendSV用于触发任务调度器。每次任务切换时，操作系统会触发PendSV，保存当前任务状态并恢复下一个任务的状态。
- 延迟任务处理：由于PendSV的优先级最低，它通常被用于在中断结束后，处理低优先级的任务或操作系统调度操作。
PendSV异常处理流程：
- 操作系统检测到需要任务切换时，设置PendSV。
- 当没有其他高优先级中断需要处理时，处理器进入PendSV异常。
- 操作系统保存当前任务的上下文（任务的寄存器、堆栈指针），选择下一个任务，并恢复它的上下文。
备注：PendSV中断的优先级为最小，当然也可以通过NVIC进行修改。
PendSV 的典型使用场合是在上下文切换时（在不同任务之间切换）。
下面我们来看看为什么需要PendSV悬起，来延迟执行上下文切换。
也就是当滴答定时器的时间到达以后，正常进行任务的上下文切换，但是有这样一种情况，就是现在SysTick中断触发的那一刻，处理器正在执行其他中断服务程序（ISR） ，由于滴答定时器中断的优先级一般比外部中断优先级高，那么滴答定时器中断就会抢占外部中断ISR，导致外部中断只能等滴答定时器中断执行完上下文切换在继续进行，但是这是会产生冲突的，因为一般的中断的优先级都比任务切换的优先级高，就会发生一些不好的事(具体的大家可以自行搜索)，图解如下，
为了处理这个问题，PendSV中断就可以完美解决这个问题。
当出现上述情况时，滴答定时器的服务函数只会调用PendSV中断，将PendSV悬起，由于PendSV的优先级设置为最低优先级，这时候虽然滴答定时器触发仍然会抢占之前的外部中断(ISR)，但是并不会在这期间进行任务切换，因为任务切换选择在PendSV中进行，此时ISR仍然继续执行，确切的说当所有的高优先级中断都执行完后，此时会触发之前悬起的PendSV，并在其中断服务函数中进行上下文切换，很好的避免上下文切换和中断一起进行这个问题。
图解如下，
备注：由于一般中断服务函数中所执行的程序都非常短，所以不必担心在处理PendSV时前面的高优先级中断处理很长时间，任务之间切换不会被显著延迟。
总结
SVC与PendSV的对比
-
SVC（Supervisor Call，系统服务调用）：用于执行系统服务调用，例如创建任务、删除任务、启动调度等。它通过
SVC指令触发，可以从用户模式切换到特权模式，执行内核级的操作。 -
PendSV（Pending Supervisor Call，可悬起系统调用）：主要用于任务切换。在需要任务切换时，通过触发PendSV中断来保存当前任务的上下文，并恢复下一个任务的上下文。
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