原创 如何使用SH2A的Register Bank

SH2A RISC体系是瑞萨基于SH2的结构上发展而来的，具有比SH2更强的处理能力，采用超标量超流水线技术，单个周期可以执行最多2条指令。CPU时钟频率可以达到200MHZ。

有趣的是，SH2A里面有15组寄存器缓冲区，称为Register Banks（以下简称为BANK）。
BANK主要用来发生中断时快速保存相关的寄存器和某些值，SH2A里面的每组BANK能保持的有R0~R14,GBR,PR,MACH,MACL一共19个寄存器和一个该中断向量在向量表中的地址偏移值VTO。如图：



当IO设备的中断产生时，如果开启了BANK功能，这19个寄存器会自动保存到BANK0里，如果发生了中断嵌套，则寄存器会继续保存到BANK1..BANK2....，这15组BANK实际上是一个栈的结构。当发生了15级中断嵌套后，则会发生BANK溢出异常（overflow），此时CPU的寄存器不会被保存到BANK里，而是保持到栈里。
当从中断里返回时，执行RESBANK指令，则可以从BANK里恢复寄存器内容。但是，如果BANK里没有数据时，执行RESBANK，则会发生BANK下溢错误（underflow）。

与BANK有关的寄存器,如图：



IBCR用来使能或禁止某个中断优先级对应的中断是否使用BANK。比如将BIT15设置为1，则优先级为15的中断使用BANK。
IBNR的BE位可以设置BANK使能总开关，BN位记录使用的BANK数，每使用一个BANK，则IBNR加1；恢复寄存器时，IBNR减1。类似于栈指针寄存器。
如图：




使用BANK的优点：
使用BANK，能在中断时快速的保持寄存器，以满足系统对时间的响应度。保存BANK发生在中断响应后与开始执行中断ISR之间，不同于传统的CPU需要在ISR里保存寄存器。
执行一条RESBANK指令从BANK恢复寄存器时，只需要9个时钟周期(普通的指令需要19个周期)。
因此，使用BANK功能，是系统发生中断时，能节约(19-9)+19 = 29个时钟周期。
如图：



使用BANK的缺点：
由于SH2A的BANK是一种类似于栈的设备，但是它又没有栈灵活，所以程序员几乎无法控制BANK的行为。
程序员对BANK的操作为：开启或禁止BANK，但是不能修改BANK的内容。原因是IBNR的BN位是只读的，它不能像SP栈指针寄存器那样可以灵活的操作。
当我们在SH2A上运行多任务操作系统时，如果开启BANK，一定要控制好BANK的行为，否则会带来灾难性的后果！