前言本文章相当于学习笔记摘录总结。推荐自行观看相关书籍权威指南。1.1什么是ARM Coretex-M处理器1.1.1Cortex-M3和Cortex-M4处理器介绍Cortex-M3/M4以及特点1.1.2Cortex-M处理器家族Cortex-M3/M4是基于Armv7-M架构。Cortex-M0/M0是基于Armv6-M架构。1.1.3处理器和微控制器的区别Arm公司不生产微控制器Arm公司设计处理器然后授权处理器给其他芯片制造商去设计微控制器而一个微控制器除了处理器还包括其他部分如下图。1.1.4ARM和微控制器供应商ARM公司提供处理器的设计源代码给微控制器供应商微控制器供应商在此基础上二次开发设计其他部分。1.1.5选择Cortex-M3和Cortex-M4微控制器Cortex-M微控制器有很多从低成本到高性能的多处理器系统。产品中选择哪种微控制器有很多考虑的因素。1.2Cortex-M处理器的优势1.2.1低功耗1.2.2性能可以处理许多复杂的应用场景1.2.3能耗效率1.2.4代码密度Thumb ISA指令集提供了良好的代码密度意味着完成相同的任务所需代码更少如此对flash的容量需求更少芯片厂商可以设计更小封装的微控制器。1.2.5中断Cortex-M3/M4处理器具有可配置的中断控制器支持240个中断向量8~256个中断优先级。中断嵌套由硬件自动处理具有零等待状态存储器的系统的中断等待仅为12个周期。12个周期指的是从硬件触发中断信号到CPU执行中断服务程序ISR第一条指令中间只隔了12个CPU时钟周期。具有零等待状态存储器的系统这是实现“仅12个周期”的前提条件。为什么会有这个前提条件很多单片机内部Flash闪存比CPU主频慢CPU读取指令时需要插入“等待周期”让CPU干等着。“零等待”意味着存储器Flash或SRAM的速度跟得上CPU读取指令不需要插入任何等待周期。正因如此CPU在响应中断时取中断向量去哪个地址执行、取第一条指令都能无缝衔接不会因为存储器太慢而把12个周期拖长到几十个周期。1.2.6易于使用几乎所有代码都可以用C实现1.2.7可扩展性1.2.8调试特性1.2.9OS支持1.2.10多种系统特性1.2.11软件可移植性和可重用性1.2.12选择设备、工具和OS等1.3ARM Cortex-M处理器应用1.4ARM处理器和ARM微控制器的资源1.4.1ARM网站上有什么ARM参考文献1.4.2微控制器供应商提供的文档比如STM32参考手册1.4.3工具供应商提供的文档比如keil1.4.4其他资源1.5背景和历史1.5.1ARM简史1990年成立除了处理器设计ARM还提供外设和存储器控制器等系统级IP的授权。1.5.2ARM处理器的发展Cortex-M3发布前ARM处理器已经有很多用在微控制器中其中最成功的处理器之一为ARM7TDMI处理器。它支持两套指令集32位ARM指令集、16位Thumb指令集可同时使用这两套指令集。从那时起为了应对不同的应用ARM继续开发新的处理器例如ARM9、ARM11。在ARM11发布之后ARM决定将优化的Thumb-2指令集等新技术应用在微控制器和汽车部件等低成本市场上。ARM通过多样化的CPU从而扩展产品线Cortex这以新的处理器名也是因此而来其包含三类A类用于高性能的开放应用平台比如应用在linux、安卓B类用于需要实时性能的高端嵌入式系统比如应用在汽车、移动通信基带控制器M类用于深度嵌入式微控制器系统比如应用在微控制器和混合信号设计的小型应用1.5.3Thumb ISA的架构版本ARM开发新的处理器、新的指令集架构特性也不断更新。一个架构有不同的版本。比如ARMv7架构被分为了3类* Cortex-A处理器:ARMv7-A架构。* Cortex-R处理器:ARMv7-R架构。* Cortex-M处理器:ARMv7-M 和 ARMv6-M架构。随着Cortex-M3处理器的成功另外一种名为ARMv6-M架构也出现了以满足超低功耗设计的需要。它使用和ARMv7-M架构相同的编程模型和异常处理方法(如NVIC),并且主要使用ARMv6 的Thumb 指令以降低设计的复杂度。Cortex-M0,Cortex-M0和Cortex-M1处理器基于ARMv6-M架构。原先的处理器同时支持32位ARM指令和16位Thumb指令但是需要处理在两种指令状态进行切换。而Thumb-2指令集天生支持16位和32位指令无需切换。比如不支持Thumb-2指令集的处理器在需要处理复杂计算时就需要切换到ARM状态。1.5.4处理器命名1.5.5关于ARM生态系统个人理解ARM架构相当于一个“规范”规范更新迭代也就是下图不同架构支持不同的指令集比如v7架构支持Thumb-2指令集。一个架构有不同的版本相当于特调版本如ARMv7-A架构、ARMv7-R架构、ARMv7-M。处理器就是根据特调版本规范设计出来的。
