《Cortex

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2024-04-10 13:51| 来源: 网络整理| 查看: 265

记录《Cortex-M3权威指南》的Chpt01 介绍(P1-P25)。

1、ARM Cortex-M3处理器基于32位ARMv7架构。

32位ARMv7架构支持高度成功的Thumb-2指令集。 Thumb-2: a.优点 : 强大、易用、轻佻、高效。 b.特点: Thumb-2是16位Thumb指令集的一个超集。 16位指令和32位指令并存(开创性)。 因此,在Thumb状态下,可做的事情丰富了,同样工作需求的指令周期数也明显下降。 Thumb-2指令集体系体系结构(ISA): Thumb-2指令集与Thumb指令集的关系

2、ARM Cortex-M3处理器为Cortex系列的处女作。 CM3的优点:

1。性能强劲——在相同的主频下,能处理更多的任务。 2。功耗低——延长电池寿命(便携式设备的命门)。 3。实时性号——极数地响应中断,确定的响应中断周期数。 4。代码密度得到很大改善——一方面:力挺大型应用程序,另一方面:为低成本设计而省吃俭用。 5。使用更方便——更简单的编程模型和更透彻的调试系统。 6。低成本的整体解决方案——32位系统比8位、16位的还便宜。 7。遍地开花的游戏开发工具。

门数更低,性能更强。

Cortex-M3处理器内核 vs. 基于Cortex-M3的MCU的关系

Cortex-M3处理器内核:单片机的中央处理单元(CPU)。 完整的基于CM3的MCU:还需要很多其他的组件。 Cortex-M3芯片包括: 1、由ARM设计的:Cortex-M3内核 + 调试系统。 2、由芯片制造商设计开发的内部总线、外设、存储器、时钟和复位模块、IO模块。

Cortex-M3内核和基于CM3内核MCU的关系

ARM及ARM架构的背景

ARM:Advanced RISC Machines Ltd., ——1990成立。 号外: RISC:Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机。 RISC特点:所有指令的格式都是一致的,所有指令的指令周期是相同的,采用流水线技术。 RISC设计思路:对指令数目和寻址方式都做了精简,使其实现更容易,指令并行执行的程度更好,编译器的效率更高。 常用的精简指令集MCU包括:DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture和SPARC等。 ARM从不制造和销售具体的处理器芯片,而是把处理器的设计授权给相关的商务合作伙伴,让他们去根据自己的强项设计具体的芯片。此商业模式——知识产权授权。

ARM的各种架构版本

ARM处理器架构进化史 注意:架构版本号和名字中的数字并不是一码事儿。

ARM V4T架构: ARM7 TDMI 是基于ARM V4T架构。T表示支持Thumb指令。 ARM V5TE架构 : 伴随ARM9E处理器家族亮相。ARM 9E家族成员包括:ARM926E-S 、ARM946E-s。ARM V5TE架构增加:服务于多媒体应用增强的DSP指令。 ARM V6架构: ARM11是基于ARM V6架构建立的。基于ARM V6架构的处理器包括:ARM1136J(F)-S、ARM1156T2(F)-S、以及ARM1176JZ(F)-S。 ARM V6 是 ARM 进化史上一个重要的里程碑——许多突破性的新技术被引进: 1。单指令流多数据流(SIMD)指令首次引入; 2。经过优化的Thumb-2指令集——转为低成本的单片机及汽车组件市场。 号外: SIMD:Single Instruction Multiple Data,单指令多数据流,能辅助多个操作数,并把他们打包在大型寄存器组的一组指令集。

ARM V7架构:内核架从单一款式变成3种款式。

1。款式A:用于高性能的开放应用平台——接近于电脑。 ARM V7-A:需运行复杂应用程序的应用处理器。支持大型嵌入式操作系统(不一定实时),如:Symbian、Linux。Windows CE 、 Window Mobile。 a.需要劲爆的处理性能; b.需要硬件MMU实现的完整而强大的虚拟内存机制; c.基本配有Java支持。 d.有时还要去一份安全程序执行环境(用于电子商务)。 典型产品:高端手机、手持一起、电子钱包以及金融事务处理机。 PS: MMU: Menory Management Unit,内存管理单元。CPU中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路,同时也负责虚拟地址映射物理地址,以及提供硬件机制的内存方位授权,多用户多进程操作系统。

2。款式R:用于高端的嵌入式系统,带实时要求的——又要快又要实时。 ARM V7-R:硬试试且高性能的处理器。 应用:用于高端实时市场,如高档轿车的组件、大型发电机控制器。机器手臂控制器等。 特点:强大、极其可靠、对事件的反映极其敏捷。

3。款式M:用于深度嵌入——单片机风格。 ARM V7-M:认准了旧时代单片机的应用而量身定制,实时控制系统。 特点:低成本、低功耗、极速中断反应以及高处理效率。 Cortex系列是V7架构的第一次亮相,其中:Cortex-M3就是按款式M设计的。

处理器命名法:

早期(1990s):基于数字的命名法。在数字后面添加猴子,用于进一步明细该处理器支持的特性。 例: ARM7 TDMI: T——Thumb指令集; D——支持JTAG调试(Debugging); M——快速乘法器; I ——对应一个嵌入式ICE模块。 后来这4项基本功能成了任何新产品的标配,于是不再使用者4个后缀。 PS: ICE: In-Circuit Emulator,在线仿真器。用于调试嵌入式系统的硬件设备。

ARM处理器名字 备注: Jazelle:ARM处理器的硬件Java加速器。 MMU:存储器管理单元,用于实现虚拟内存和内存的分区保护,这是应用处理器与嵌入式处理器的分水岭。 MPU:可认为MPU是MMU的功能子集,只支持分区保护,不支持具有定位决定性的虚拟内存机制。

Ad-Hoc网络 ARM处理器一直支持两种形式上相对独立的指令集: 1。32位的ARM指令集——对应处理器状态:ARM状态。 2。16位的Thumb指令集——对应处理器状态:Thumb状态。 在程序的执行过程中,处理器可以动态地在两个执行状态之中切换, 实际上,Thumb指令集在功能上是ARM指令集的一个子集,能带来更高的代码密度、给目标代码减肥。

指令集演进图

Cortex-M3处理器的舞台

1。低成本单片机。 2。汽车电子:实时领域——CM3拥有非常高的性能和极低的中断延迟,支持多达240个外部中断,内奸嵌入向量中断控制器,可先陪MPU(存储器保护单元)。 3。数据通讯:低成本、高效率。尤其是:无线数传、Ad-Hoc网络。 PS: AD-Hoc网络:一种多条的、无中心的、自组织无线网络,又称多级跳(Multi-Hop Network)、无基础设施网(Infrastructureless Network)或自组织网(Self-organizing Network)。整个网络没有固定的基础设施、每个节点都是移动的。并且都能以任意方式动态地保持与其他节点的联系。 4。工业控制:简洁、快速响应、可靠。 5。消费类产品。



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