2. Cortex-M0处理器核心：ARM Cortex-M0架构特点、寄存器组、工作模式、异常与中断向量表

ARM Cortex-M0 是 ARM 公司推出的最小、最低功耗的 32 位处理器核心，专为成本敏感和实时控制应用设计。它基于 ARMv6-M 架构，在 XMC1000 系列中作为主控核心，承担工业控制中的逻辑运算、信号采集与执行器驱动任务。理解其架构特点是掌握 XMC1000 开发的基础。

2.1 架构特点

Cortex-M0 采用冯·诺依曼架构（统一地址空间），指令总线和数据总线共享同一存储空间。其核心特性如下：

2.2 寄存器组

Cortex-M0 提供 16 个 32 位通用寄存器（R0-R15），以及若干特殊功能寄存器。寄存器组是程序员直接操作的核心资源，理解其用途对编写高效控制代码至关重要。

2.3 工作模式与特权级别

Cortex-M0 定义了两种工作模式和两种特权级别，用于隔离用户代码与系统代码，增强系统稳定性。

• 线程模式（Thread Mode）： 正常程序执行模式，可运行在特权级或用户级。复位后默认进入线程模式（特权级）。
• 处理模式（Handler Mode）： 异常或中断服务程序执行模式，始终运行在特权级。退出异常时自动返回线程模式。

特权级别通过 CONTROL 寄存器的 bit[0] 控制：

• 特权级（Privileged）： 可访问所有寄存器、系统控制块（SCB）和 NVIC 配置。复位后默认特权级。
• 用户级（Unprivileged）： 限制访问系统控制寄存器，需通过系统调用（SVC）请求特权服务。常用于 RTOS 任务隔离。

2.4 异常与中断向量表

Cortex-M0 使用向量表（Vector Table）来管理异常和中断入口地址。向量表位于存储器起始地址（默认 0x00000000），每个表项占 4 字节，存放对应异常/中断服务函数的入口地址。

2.4.1 异常类型

Cortex-M0 支持最多 32 个异常（包括系统异常和外部中断）。系统异常固定编号，外部中断编号从 16 开始。

2.4.2 向量表布局

向量表的前 16 个表项为系统异常，第 16 项开始为外部中断。在 XMC1000 中，向量表默认位于 Flash 起始地址，可通过 SCB->VTOR 寄存器重定位到 SRAM。

/* XMC1000 向量表示例（简化） */
__attribute__((section(".vectors")))
void (* const g_pfnVectors[])(void) = {
    (void (*)(void))((uint32_t)&__StackTop),   /* 0x0000: 栈顶地址 */
    Reset_Handler,                              /* 0x0004: 复位向量 */
    NMI_Handler,                                /* 0x0008: NMI */
    HardFault_Handler,                          /* 0x000C: 硬故障 */
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,                    /* 保留 */
    SVC_Handler,                                /* 0x002C: SVCall */
    0,                                          /* 保留 */
    0,                                          /* 保留 */
    SysTick_Handler,                            /* 0x003C: SysTick */
    /* 外部中断从 0x0040 开始 */
    PORT0_IRQHandler,                           /* 外部中断 0 */
    PORT1_IRQHandler,                           /* 外部中断 1 */
    UART0_IRQHandler,                           /* 外部中断 2 */
    /* ... 更多外设中断 */
};

2.4.3 中断优先级与嵌套

NVIC 支持 4 级可配置优先级（2 位优先级宽度），数值越小优先级越高。中断嵌套规则如下：

• 高优先级中断可抢占低优先级中断。
• 同级中断不互相抢占，需等待当前中断完成。
• NMI 和 HardFault 具有固定最高优先级（-2 和 -1），不可配置。

在 XMC1000 的工业控制应用中，通常将定时器中断设为最高优先级（0），确保 PWM 输出和周期采样不受其他中断干扰。