基于K21F的MPU的non-base thread无法实现问题

hdfghd

根据《The Definitive Guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 Processors, 3rd Edition.pdf》第23.5 Non-base Thread enable

由于CortexM内核中规定，在不使用Non-base Thread时，中断服务一定是特权级别。
由于内核需要为应用程序提供定时回调功能，即应用程序可以通过申请定时器，定时执行APP的特定程序段。由于转入的动作在定时器中断服务中，这将导致被执行的APP程序段具有特权。因此，需要使用Non-base Thread功能。
《The Definitive Guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 Processors, 3rd Edition.pdf》第23.5 Non-base Thread enable提供了 Non-base Thread实现的源码：
__asm void SysTick_Handler(void)
{ // Redirect handler - no Floating point instruction
PUSH {R4, LR} ; Push 2 words for double word stack alignment
SVC 0 ; A SVC function to change from privileged to
; unprivileged mode
BL __cpp(User_SysTick_Handler)
SVC 1 ; A SVC function to change back from user to
; privileged mode
POP {R4, PC} ; Return
}

__asm void SVC_Handler(void)
{
; Extract SVC number
TST LR, #0x4 ; Test EXC_RETURN bit 2
ITE EQ ; if zero then
MRSEQ R0, MSP ; Get correct stack pointer to R0
MRSNE R0, PSP
LDR R1, [R0, #24] ; Get stacked PC
LDRB.W R0, [R1, #-2] ; Get SVC parameter at stacked PC minus 2
CBZ R0, svc_service_0 ; if zero, branch to SVC service 0
CMP R0, #1
BEQ svc_service_1 ; if one, branch to SVC service 1
B.W Unknown_SVC_Request
748 CHAPTER 23 Advanced Topics
; -----------------------------------------------------------
svc_service_0 ; Service to switch handler from
; privileged mode to unprivileged mode
; and use Process Stack. For this service,
; stack framce must be in Main Stack because it is
; called from an exception handler.
MRS R0, PSP ; Adjust PSP to create space for new stack frame
; and make a back up of PSP due to the
TST R0, #0x4 ; Check PSP to see if it is double word aligned
ITE EQ
MOVSEQ R3, #0x20 ; No Padding
MOVWNE R3, #0x24 ; Padding needed.
LDR R1, =__cpp(&svc_PSP_adjust)
STRB R3, [R1] ; Record PSP adjustment for use in SVC #1
SUBS R0, R0, R3 ; PSP = PSP - 0x20 or 0x24
; Make sure Process Stack is double word aligned
MSR PSP, R0 ; Copy back to PSP
MOVS R1, #0x20 ; Copy stack frame from main stack to
; process stack. This stack frame is 8 words
; because SysTick_Handler has not execute
; any FP instruction yet.
svc_service_0_copy_loop
SUBS R1, R1, #4
LDR R2, [SP, R1] ; Read data
STR R2, [R0, R1] ;
CMP R1, #0
BNE svc_service_0_copy_loop
LDR R1,[R0, #0x1C] ; Changed stacked xPSR so that IPSR=0
MOVW R2, #0x3FF ; Clear IPSR, stack alignment bit
BIC R1, R1, R2
STR R1,[R0, #0x1C] ; Clear stacked IPSR of user stack to 0
LDR R0, =0xE000ED14 ; Set Non-base thread enable in CCR
LDR r1,[r0]
ORR r1, #1
STR r1,[r0]
MRS R0, CONTROL ; Set CONTROL[0] so Thread run in unprivileged
; state
ORRS R0, R0, #1
MSR CONTROL, R0
ORR LR, #0x1C ; Change LR to return to thread,using PSP,
; 8 words stack frame
BX LR
; -----------------------------------------------------------
23.5 Non-base Thread enable 749
svc_service_1 ; Service to switch handler back from
; unprivileged mode to
; privileged mode
MRS R0, PSP ; Update stacked PC in original privileged
; stack so that it
LDR R1,[R0, #0x18] ; return to the instruction after 2nd
; SVC in the redirect handler
STR R1,[SP, #0x18] ;
MRS R0, PSP ; Adjust PSP back to what it was
; before 1st SVC
LDR R1, =__cpp(&svc_PSP_adjust)
LDRB R1, [R1]
ADDS R0, R0, R1
MSR PSP, R0
LDR R0, =0xE000ED14 ; Clear Non-base thread enable in CCR
LDR r1,[r0]
BIC r1, #1
STR r1,[r0]
MRS R0, CONTROL ; Clear CONTROL[0]
BICS R0, R0, #1
MSR CONTROL, R0
ORR LR, #0x10 ; Return using 8 word stack frame
BIC LR, #0xC ; Return to handler mode, using main stack
BX LR
Unknown_SVC_Request ; Output error message
BL __cpp(Unknown_SVC_Request_Msg)
B .
ALIGN
}


对于以上代码在Freescale MK21FN1M0xxx12 (allow security)上做了测试。
1:  程序SVC处理部分与手册代码完全一致

2:  执行SVC 0后，立即死循环，通过串口显示control为1。说明已进入用户级，SVC处理代码与手册完全一致，可认为无误。
问题：
1. MPU已经初始化并开启，串口显示函数ROM、RAM通过MPU禁止用户权限访问。访问MPU禁区不产生bus fault。（control为1说明内核已经进入用户模式）
2. SVC 0处理结束后，重启MPU，然后检测contorl，并用串口显示。control为1，程序不跑飞。串口显示函数ROM、RAM通过MPU禁止用户权限访问。

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hdfghd

void timer_isr(void)     
{
                uint32_t tcot,fd;
                __asm__ volatile
                (                               
                                "        svc 250                                                        \n"
                                " mrs %0,control                        \n"
                                :"=r" (tcot)::
                );
                dprintf("control:%p\n\r",tcot);
                while(1);
}
dprintf为串口显示函数，ROM、RAM对于用户程序不能访问。
执行结果：control：1

__attribute__ (( naked ))void svc_isr(void)
{
                __asm__ volatile
                (
                        "        tst lr, #4                                                \n"
                        "        ite eq                                                                \n"
                        "        mrseq r0, msp                                        \n"
                        "        mrsne r0, psp                                        \n"
                        "        b %0                                                                        \n"
                        "        .align 2                                                        \n"
                        ::"i"        (prvSVCHandler):       
                );
}


static void prvSVCHandler(uint32_t *pulParam)
{
                uint8_t ucSVCNumber , i;
                ucSVCNumber = (( uint8_t * ) pulParam[6])[-2];                               

                switch( ucSVCNumber )
                {
                   
                    case 250:
                                __asm__ volatile
                                (                               
                                                "        mrs r0,psp                                        \n"
                                                " tst r0,#0x4                                        \n"
                                                " ite eq                                                        \n"
                                                " movseq r3,0x20                        \n"
                                                " movsne r3,0x24                        \n"
                                                " subs r0, r0, r3                        \n"
                                                " msr psp, r0                                        \n"
                                                " movs r1, #0x20                        \n"
                                                "        svc_0_copy_loop:                 \n"
                                                " subs r1,r1,#4                                \n"
                                                " ldr r2,[sp,r1]                        \n"
                                                " str r2,[r0,r1]                        \n"
                                                " cmp r1,#0                                                \n"
                                                "        bne svc_0_copy_loop \n"       
                                                " ldr r1,[r0,#0x1C]                \n"
                                                " movw r2,#0x3FF                        \n"
                                                " bic r1,r1,r2                                \n"
                                                "        str r1,[r0,#0x1C]                \n"
                                                " ldr r0,=0xE000ED14        \n"
                                                " ldr r1,[r0]                                        \n"
                                                " orr r1,#1                                                \n"
                                                "        str r1,[r0]                                        \n"
                                                "        mrs r0,control                        \n"
                                                "        orr r0,#1                                                \n"
                                                "        msr control,r0                        \n"
                                                "        orr lr,#0x1C                                \n"
                                );
                    return;

}

hdfghd

顶上去顶上去顶上去

FSL_TICS_ZJJ

楼主，你好！
ROM、RAM通过MPU禁止用户权限访问
你现在是禁止MPU的ROM、RAM访问，但是实际上没有产生hardfault，并且能够正常访问没有异常？
还有，你串口显示，这个串口打印信息是否可靠，有没有去看看具体的寄存器是否真的禁止成功了。

hdfghd

FSL_TICS_ZJJ 发表于 2015-3-31 09:55
楼主，你好！
ROM、RAM通过MPU禁止用户权限访问
你现在是禁止MPU的ROM、RAM访问，但是实际上没有产生hardfa ...

1. 在APP主线程中（用户权限）调用dprintf，必定会跑飞。跑飞进入bus fault，报精确数据异常。K21F的MPU玩了1个月，应该不会有太大问题。
2. 用户模式下（control 为 1）程序会报bus fault，原因有2个
  a. dprintf的处理位于MPU的禁区。用户程序不得访问。（MPU配置不存在问题，见1）
  b. 即使不开mpu，串口寄存器位于scs区域（虽然不确定peripheral是否属于scs区域，但是app线程模式关MPU调用dprintf报bus fault）3. 判断内核进入用户模式依据有2个
  a. 内核手册有完整的non-base thread功能描述，处理部分完全移植内核手册，详见23.5。如果不成熟或者无法实现内核应该不单独提出这么一个章节。
  b. 基本排除non-base thread实现问题，代码是参考手册23.5。源码见顶楼。经测试中断服务control为0，加入non-base thread 处理后control为1。说明non-base thread实现方法正确（稍有不慎就会跑飞）。

hdfghd

内核的MPU寄存器的地址在0xE000ED90 ~ 0xE000EDB8
K21F的MPU 是0x4000D000~ 0x4000D82C
前者位于SCS区域，后者在Peripheral Bridge 0
芯片手册没找到对MPU变动的说明。怀疑是不是MPU和内核不同步造成的

FSL_TICS_ZJJ

hdfghd 发表于 2015-4-1 09:00
内核的MPU寄存器的地址在0xE000ED90 ~ 0xE000EDB8
K21F的MPU 是0x4000D000~ 0x4000D82C
前者位于SCS区域， ...

非常感谢你的技术问题。我们建议您将此Kinetis的技术问题提交到飞思卡尔的英文论坛。网址是http://community.freescale.com/welcome 谢谢。