RTX——第9章任务运行在特权级或非特权级模式

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本章教程为大家讲解 RTX 运行模式的一个重要知识点，特权级模式和非特权级模式，有些资料或者书籍将非特权级模式称为用户模式。

RTX 任务特权级知识点说明
对于初学者只需记住本小节的知识点即可，如果要深入的了解还是需要花些时间去研究下 Cortex-M3
或者 M4 权威指南。
对于使用 Cortex-M3 或者 M4 内核的芯片来说，RTX 操作系统可以让任务运行在特权级或者非特权
级模式，这两种模式是 M3 或者 M4 内核本身所具有的特性。
在特权级模式下，用户可以访问和配置系统控制寄存器，比如 NVIC 中断控制器。然而，如果是在非
特权级模式下，系统控制寄存器是不允许访问的，一旦访问将导致硬件异常。
 Unprivileged：
非特权级，起到保护用户任务的作用，防止用户可以在任意任务中访问和修改系统寄存器，操作不当
会造成系统崩溃。
 Privileged：
特权级，这种模式下用户可以在任意任务中对系统控制寄存器的访问和修改。
有了这点基础的认识之后，还有以下四个疑问有待解决。

非特权级模式下那些寄存器不可访问
对于 Cortex-M3 或者 M4 内核来说，所有的核心外设寄存器都是只能在特权级下才可以访问，那些
又是核心外设寄存器呢，对于 STM32 来说需要大家看编程手册，如下这些核心外设所有的寄存器都需要
在特权级下才可以访问：

关于 MPU，NVIC，SCB 和 STK 四个单元的其它寄存器是否需要在特权级下才可以访问，大家可以按照
我上面说的方法进行查看。
除了核心外设寄存器以外，M3/M4 内核的特殊功能寄存器也是不能在非特权级下访问的，特殊功能
寄存器主要包括以下寄存器：
 程序状态寄存器组（PSRs 或曰 xPSR）

 中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK,以及 BASEPRI）
 控制寄存器（CONTROL）
对于参考手册上面所说的 SPI，USART，USB 等所有外设寄存器都是可以在非特权级下进行访问的。
非特权级模式下核心外设寄存器如何初始化
如果用户将 RTX 操作系统的任务设置在非特权级模式下运行，那么核心外设寄存器应该放在哪里进行
初始化呢，主要有以下两种方法：
 使用 SVC（Supervisor Call）软中断，这个在第 19 章有详细讲解。
 在初始化和开启 RTX 多任务前做核心外设的初始化。
Cortex-M3 或者 M4 内核如何切换两种模式
Cortex-M3/M4 中的特殊功能寄存器包括：
 程序状态寄存器组（PSRs 或曰 xPSR）
 中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK,以及 BASEPRI）
 控制寄存器（CONTROL）
其中控制寄存器 CONTROL 是用来设置特权级和非特权级切换的，CONTROL 寄存器定义如下：

RTX 任务特权等级的设置方法
RTX 任务特权等级的设置方法比较简单，查看 RTX 系统的配置向导，如下图 9.1 所示：

 Run in privileged mode
此参数就是用来设置特权级和非特权级的，选上单选框表示使能任务工作在特权级模式，取消单选框
表示任务工作在非特权级模式。

RTX 任务特权等级深入认识
本小节的知识点对于初学者来说比较难理解，需要积累了一定的经验后才能更好的理解，不过还是建
议读一读。
深入了解 Cortex-M3/M4 内核的特权等级就不得不说说两种操作模式，Cortex-M3/M4 支持两种操
作模式，两种操作模式分别是：
 Handler mode，中断模式，简单的说就是指的异常服务程序是处在中断模式。
 Thread mode，线程模式，简单的说就是异常服务程序以外的程序都是处在线程模式。

当处理器处在线程状态下时，既可以使用特权级，也可以使用用户级；另一方面，handler 模式
总是特权级的。在系统复位后，处理器进入线程模式＋特权级。
在特权级下的代码可以通过置位 CONTROL[0]来进入用户级。而不管是任何原因产生了任何异常，
处理器都将以特权级来运行其服务例程，异常返回后，系统将回到产生异常时所处的级别。用户级下的代
码不能再试图修改 CONTROL[0]来回到特权级。它必须通过一个异常 handler，由那个异常 handler 来修
改 CONTROL[0]，才能在返回到线程模式后拿到特权级。下图是特权级线程模式和用户级线程模式的切换图：

户程序代码出问题时，不会让它成为害群之马，因为用户级的代码是禁止写特殊功能寄存器和 NVIC 中断
寄存器的。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。
为了避免系统堆栈因应用程序的错误使用而毁坏，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。在这个管理制度下，运行在线程模式的用户代码使用 PSP，而异常服务例程则使用
MSP。这两个堆栈指针的切换是智能全自动的，就在异常服务的始末由硬件处理。
如前所述，特权等级和堆栈指针的选择均由 CONTROL 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，如下图所示。