ARM Cortex-M3处理器简介

广州周立功单片机发展有限公司地址：广州市天河北路689号光大银行大厦15楼F1白皮书——ARMCortex-M3处理器简介ShyamSadasivanOctober2006专注的力量成就梦想ARM白皮书目录目录第1章简介....................................................................................................................................11.1通过提高效率来提高性能................................................................................................11.2快速有效的应用程序开发源于简易的使用方法............................................................11.3针对敏感市场降低成本和功耗........................................................................................11.4集成的调试和跟踪功能推进上市的步伐........................................................................21.5从ARM7TM升级为Cortex-M3可获取更佳的性能和功效..............................................2第2章Cortex-M3处理器的架构和特性.....................................................................................42.1Cortex-M3内核..................................................................................................................42.2Thumb-2指令集架构.........................................................................................................62.3嵌套向量中断控制器（NVIC）......................................................................................62.4存储器保护单元（MPU）...............................................................................................82.5调试和跟踪........................................................................................................................82.6总线矩阵和接口................................................................................................................9第3章下一代MCU以8位MCU的成本提供32位的性能......................................................103.1有效使用内存可降低成本..............................................................................................103.2低成本的调试和跟踪技术..............................................................................................113.3低延迟中断处理机制......................................................................................................113.4业内新的突破..................................................................................................................11第4章可靠安全的汽车和工业控制...........................................................................................134.1使用确定的中断处理来预测汽车的响应......................................................................134.2使用精细的存储器保护来获得可靠的软件集成..........................................................144.3加快位提取的速度来获得有效的I/O数据处理.............................................................144.4保护操作提供更安全的工业环境..................................................................................14第5章针对无线网络实现了更低的功耗...................................................................................155.1时钟门控和内置睡眠模式可以降低功耗......................................................................155.2通过灵活的工作方式来增加处于睡眠模式的时间......................................................155.3真正实现省电..................................................................................................................16第6章更快地投入市场...............................................................................................................176.1简单、可配置的硬件设计和调试..................................................................................176.2简易的应用程序开发......................................................................................................17第7章总结..................................................................................................................................19附录A周立功公司相关信息........................................................................................................20IARM白皮书第一章简介第1章简介基于ARM嵌入式处理器的片上系统解决方案可应用于企业应用、汽车系统，家庭网络和无线技术等市场领域。ARMCortexTM系列提供了一个标准的体系结构来满足以上各种技术的不同性能要求，其包含的处理器基于ARMv7架构的三个分工明确的部分。A部分面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R部分针对实时系统；M部分为成本控制和微控制器应用提供优化。Cortex-M3是首款基于ARMv7-M架构的处理器，是专门为了在微控制器，汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了可编程的复杂性，使ARM架构成为各种应用方案（即使是昀简单的方案）的上佳选择。1.1通过提高效率来提高性能处理器可通过两种途径来提高它的性能，一是“workhard”，也就是直接通过提高时钟频率来提高性能，这种情况以高功耗作为代价，并增加了设计的复杂性。另一种是“worksmart”，在低时钟频率的情况下提高运算效率，使处理器可以凭借简单的低功耗设计来完成与情况1中同样的功能。Cortex-M3处理器的核心是基于哈佛架构的3级流水线内核，该内核集成了分支预测，单周期乘法，硬件除法等众多功能强大的特性，使其在Dhrystonebenchmark上具有出色的表现（1.25DMIPS/MHz）。根据Dhrystonebenchmark的测评结果，采用新的Thumb®-2指令集架构的Cortex-M3处理器，与执行Thumb指令的ARM7TDMI-S®处理器相比，每兆赫的效率提高了70%，与执行ARM指令的ARM7TDMI-S处理器相比，效率提高了35%。1.2快速有效的应用程序开发源于简易的使用方法缩短上市时间与降低开发成本是选择微控制器的关键标准，而快速和简易的软件开发能力是实现这些要求的关键。Cortex-M3处理器专门针对快速和简单的编程而设计，用户无需深厚的架构知识或编写任何汇编代码就可以建立简单的应用程序。Cortex-M3处理器带有一个简化的基于栈的编程模型，该模型与传统的ARM架构兼容，同时与传统的8位、16位架构所使用的系统相似，它简化了8位、16位到32位的转换过程。此外，使用基于硬件的中断机制意味着编写中断服务程序（handlers）不再重要。在不需要汇编代码寄存器操作的情况下，启动代码得到了大大的简化。在位字段处理、硬件除法和If/Then指令的协助下，Thumb-2指令集架构（InstructionSetArchitecture－ISA）底层的关键特性使C代码的执行变得更加自然。在开发方面，Thumb-2指令自动优化了性能和代码密度，在无需交互使用ARM代码和Thumb代码的情况下加快了开发的进程，简化了编译目标的长期维护和支持工作。如此一来，用户不但可以继续使用C代码，而且还免去了建立预编译目标代码库的麻烦，代码在更大程度上获得了重复利用。1.3针对敏感市场降低成本和功耗成本是采用高性能微控制器永恒的屏障。由于先进的制造工艺相当昂贵，只有降低芯片的尺寸才有可能从本质上降低成本。为了减小系统区域，Cortex-M3处理器采用了至今为止昀小的ARM内核，该内核的核心部分（0.18umG）的门数仅为33000个，它把紧密相连的1ARM白皮书第一章简介系统部件有效地结合在一起。通过采用非对齐数据存储技术、原子位操作和Thumb-