xPSR

在 ARM Cortex-M3 中，​xPSR（组合程序状态寄存器）​​ 是核心的状态控制寄存器，由三个子状态寄存器合并而成，用于记录处理器的运算状态、中断状态和执行环境。以下是其深度解析：

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🔍 ​一、xPSR 结构（32 位）​​

​位域​	​字段​	​功能​
​31:27	​N/Z/C/V/Q​	​APSR​：运算标志位（负/零/进位/溢出/饱和）
​26:24	​ICI/IT​	​EPSR​：中断连续指令状态（用于条件执行块）
​15:10	​保留​	恒为 0
​9​	​T​	​EPSR​：Thumb 状态位（恒为 1，若为 0 则触发 UsageFault）
​8:0​	​ISR_NUMBER​	​IPSR​：当前中断/异常号（0=线程模式，1-15=系统异常，16+=外设中断）

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⚠️ ​二、关键位详解​

1. ​APSR 标志位（运算状态）​​

• ​N（负标志）​​：运算结果为负时置 1
• ​Z（零标志）​​：运算结果为零时置 1
• ​C（进位/借位）​​：加法进位或减法无借位时置 1
• ​V（溢出标志）​​：有符号运算溢出时置 1
• ​Q（饱和标志）​​：SSAT/USAT 指令触发饱和时置 1（需手动清除）

2. ​EPSR 执行状态​

• ​T 位（Bit 9）​​：
  • ​必须为 1​（Thumb 状态），若被意外清零会触发 UsageFault.INVSTATE（常见于非法跳转）。
• ​ICI/IT 位（Bits 26:24）​​：
  • 用于 ​IT 指令块​（If-Then 条件执行），记录剩余条件指令数及条件码。
  • 若异常发生在 IT 块内，硬件自动保存此状态，异常返回后恢复执行。

3. ​IPSR 中断状态​

• ​值域 0-255​：
  • 0：线程模式（无异常）
  • 1-15：内核异常（如 1=Reset, 2=NMI, 3=HardFault, 4=MemManage）
  • ≥16：外设中断号（如 IRQ0=16）
• ​诊断用途​：在异常处理中读取 IPSR 可确认当前异常源（如 IPSR=3 表示 HardFault）。

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🛠️ ​三、xPSR 在异常处理中的作用​

1. ​异常进入时​

• 硬件自动将 ​xPSR、PC、LR、R0-R3、R12​ 压入堆栈（8 寄存器帧）。
• ​xPSR​ 保存异常发生时的状态（包括 ​IT 块状态），确保返回后恢复执行环境。

2. ​异常返回时​

• 从堆栈恢复 xPSR，关键行为：
  • ​T 位恢复为 1​：强制保持 Thumb 状态。
  • ​ICI/IT 位恢复​：继续执行被中断的 IT 条件块。
  • ​IPSR 清零​：退出异常后恢复线程模式。

3. ​手动修改风险​

• ​禁止直接写 xPSR​！
  • 修改 T 位会触发 UsageFault；
  • 错误设置 ICI/IT 会导致条件执行紊乱；
  • 修改 IPSR 无意义（硬件自动管理）。

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🔧 ​四、调试实战：通过 xPSR 诊断错误​

​场景 1：检测非法指令状态​

void trigger_invstate() {asm("mov r0, #0");asm("bx r0");  // 尝试切换到 ARM 状态（T=0）
}

• ​结果​：触发 UsageFault，CFSR.INVSTATE=1
• ​xPSR 表现​：异常发生时 xPSR[9]=0（非法 T 位状态）。

​场景 2：中断中断 IT 条件块​

void IT_block_example() {asm volatile ("IT EQ\n"      // 条件执行块"moveq r0, #1\n"// 此处发生中断);
}

• ​行为​：中断发生时，硬件保存 ICI/IT 状态到 xPSR，返回后继续执行剩余条件指令。

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💎 ​总结：xPSR 核心要点​

1. ​三位一体​：
   • APSR 管运算，IPSR 管异常，EPSR 管执行环境。
2. ​Thumb 状态锁​：
   • ​T=1 是硬性要求，任何破坏行为均触发 UsageFault。
3. ​异常上下文保存​：
   • 与 PC、LR 共同构成异常现场恢复链。
4. ​调试关键线索​：
   • IPSR 定位异常类型，ICI/IT 分析被中断代码流，T 位验证指令集状态。

​操作口诀​：

xPSR 状态勿手调，
T 位恒 1 是铁条；
运算中断双记录，
异常恢复全靠它！