1、CortexM3微控制器概述Cortex M3微控制器概述CortexM3微控制器概述一、Cortex M3處理器的特點 ARM處理器系列。 CM3微控制器的特點。 CM3微控制器的開發方法。CortexM3微控制器概述ARM處理器系列ARM在1990年成立，當初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd.,”CortexM3微控制器概述ARM把處理器的設計授權給相關的商務合作伙伴，讓他們去根據自己的強項設計具體的芯片。基于ARM低成本和高效的處理器設計方案，得到授權的廠商生產了多種多樣的的處理器、單片機以及片上系統(SoC)。這種商業模式就是所謂的“知識產權授權”。 Co

2、rtexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述ARMv7架構的閃亮登場。在這個版本中，內核架構首次從單一款式變成3種款式。 款式A：設計用于高性能的“開放應用平臺”越來越接近電腦了 款式R：用于高端的嵌入式系統，尤其是那些帶有實時要求的又要快又要實時。 款式M：用于深度嵌入的，單片機風格的系統中。CortexM3微控制器概述款式A（ARMv7-A）：需要運行復雜應用程序的“應用處理器” 。支持大型嵌入式操作系統，比如Symbian（諾基亞智能手機用），Linux，以及微軟的Wi

3、ndows CE和智能手機操作系統Windows Mobile。這些應用需要勁爆的處理性能，并且需要硬件MMU實現的完整而強大的虛擬內存機制，還基本上會配有Java支持，有時還要求一個安全程序執行環境（用于電子商務譯注）。典型的產品包括高端手機和手持儀器，電子錢包以及金融事務處理機。 CortexM3微控制器概述款式R（ARMv7-R）：硬實時且高性能的處理器。標的是高端實時注1市場。那些高級的玩意，像高檔轎車的組件，大型發電機控制器，機器手臂控制器等，它們使用的處理器不但要很好很強大，還要極其可靠，對事件的反應也要極其敏捷。 CortexM3微控制器概述款式M（ARMv7-M）：認準了舊世代

4、單片機的應用而量身定制。在這些應用中，尤其是對于實時控制系統，低成本、低功耗、極速中斷反應以及高處理效率，都是至關重要的。 Cortex系列是v7架構的第一次亮相，其中Cortex-M3就是按款式M設計的。 CortexM3微控制器概述由于歷史原因（從ARM7TDMI開始），ARM處理器一直支持兩種形式上相對獨立的指令集，它們分別是： 32位的ARM指令集。對應處理器狀態：ARM狀態 16位的Thumb指令集。對應處理器狀態：Thumb狀態 CortexM3微控制器概述這兩種指令集也對應了兩種處理器執行狀態。在程序的執行過程中，處理器可以動態地在兩種執行狀態之中切換。實際上，Thumb指令集在

5、功能上是ARM指令集的一個子集，但它能帶來更高的代碼密度，給目標代碼減肥。CortexM3微控制器概述Thumb2指令集則是Thumb指令集的改進，具有更高的效率和更緊湊的尺寸。CM3處理器完全采用Thumb2指令集，更適合微控制器應用。CortexM3微控制器概述高性能高代碼密度小硅片面積，3璧合一，使得CM3大面積地成為理想的處理平臺： 低成本單片機：CM3與生俱來就適合做單片機，甚至簡單到用于做玩具和小電器的單片機，都能使用CM3作為內核。這里本是8位機和16位機統治最牢固的腹地，但是CM3更便宜，更高性能，更易使用，所以值得開發者們轉到這個新生的ARM32位系統中來，哪怕花點時間重新學

6、習。 汽車電子：CM3也是汽車電子的好俅。CM3同時擁有非常高的性能和極低的中斷延遲，打入實時領域的大門。CM3處理器能支持多達240個外部中斷，內建了嵌套向量中斷控制器，還可以選擇配上一個存儲器保護單元（MPU）。所有這些，使它用于高集成度低成本的汽車應用最合適不過了。 數據通信：CM3的低成本高效率，再加上Thumb-2的強大位操作指令s，使CM3非常理想地適合于很多數據通信應用，尤其是無線數傳和Ad-Hoc網絡，如ZigBee和藍牙等。 工業控制：在工控場合，關鍵的要素在于簡潔、快速響應以及可靠。再一次地，CM3處理器的中斷處理能力，低中斷延遲，強化的故障處理能力（fault-handi

7、ng，以后fault就不再譯成中文了譯注），足以讓它能昂首挺胸地踏入這片熱土。 消費類產品：以往，在許多消費產品中，都必須使用一塊甚至好幾塊高性能的微處理器。你別看CM3只是個小處理器，它的高性能和MPU機制可是足以讓復雜的軟件跑起來的，同時提供健壯的存儲器保護。 CortexM3微控制器概述目前在市場上已經有了好多基于Cortex-M3內核的處理器產品，最便宜的還不到1美元，讓ARM終于比很多8位機還便宜了。 CortexM3微控制器概述2. CM3微控制的特點Cortex-M3是一個32位處理器內核。內部的數據路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。CM3采用了哈佛結構，

8、擁有獨立的指令總線和數據總線，可以讓取指與數據訪問并行不悖。這樣一來數據訪問不再占用指令總線，從而提升了性能。CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述操作模式和特權極別 Cortex-M3處理器支持兩種處理器的操作模式，還支持兩級特權操作。 兩種操作模式分別為：處理者模式(handler mode，以后不再把handler中譯譯注)和線程模式（thread mode）。引入兩個模式的本意，是用于區別普通應用程序的代碼和異常服務例程的代碼包括中斷服務例程的代碼。 Cortex-M3的另一個側面則是特權的分級特權級和用戶級。這可以提供一種存儲器訪問的保護機制，使得普通的用戶程序代碼

9、不能意外地，甚至是惡意地執行涉及到要害的操作。處理器支持兩種特權級，這也是一個基本的安全模型。 CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述內建的嵌套向量中斷控制器 Cortex-M3在內核水平上搭載了一顆中斷控制器嵌套向量中斷控制器NVIC(Nested Vectored Interrupt Controller)。NVIC提供如下的功能： 可嵌套中斷支持 向量中斷支持 動態優先級調整支持 中斷延遲大大縮短 中斷可屏蔽 CortexM3微控制器概述存儲器映射 CortexM3微控制器概述從圖中可見，不像其它的ARM架構，它們的存儲器映射由半導體廠家說了算，Cortex-M3預先定

10、義好了“粗線條的”存儲器映射。通過把片上外設的寄存器映射到外設區，就可以簡單地以訪問內存的方式來訪問這些外設的寄存器，從而控制外設的工作。CortexM3微控制器概述中斷和異常 CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述雖然CM3是支持240個外中斷的，但具體使用了多少個是由芯片生產商決定。CM3還有一個NMI（不可屏蔽中斷）輸入腳。當它被置為有效（assert）時，NMI服務例程會無條件地執行。 CortexM3微控制器概述低功耗與高能效首先，在節能模式上，它提供了睡眠模式和深度睡眠模式。芯片以及整個系統在設計時通過與內核的節能模式相呼應，就可以根據

11、應用的要求，在空閑時降低功耗。第二，它精練的設計使得門數很低，并且在工作狀態下電路的活動更少，所以CM3自己也是“身先士卒”地以身作則了。而且，由于CM3的程序代碼密度高，程序容量也可以變得更少；同時，再加上它強大的性能減少了程序執行時間，使得系統能以最快的速度回到睡眠中，以削低對能源的用量。綜上所述，Cortex-M3的能效要高于大多的8位或16位單片機。 CortexM3微控制器概述復位序列 在離開復位狀態后，CM3做的第一件事就是讀取下列兩個32位整數的值： 從地址0 x0000,0000處取出MSP的初始值。 從地址0 x0000,0004處取出PC的初始值這個值是復位向量，LSB必須

12、是1。然后從這個值所對應的地址處取指。 CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述CortexM3微控制器概述3. CM3微控制器的開發方法CortexM3微控制器概述選擇一款Cortex-M3產品 對于大多數項目而言，單片機的功能和規格我們在選擇時的首要考慮因素，例如： 1. 外設。對于大多數的項目，片載的外設是最重要的選擇依據。外設也并非多多益善，因為它會影響到功耗和價格。 2. 存儲器：CM3單片機的閃存可以少到幾KB，多至幾MB。此外，片內RAM的容量也是很重要的。這些參數往往對價格有重大的沖擊。 3. 時鐘速度：CM3的設計可以在0.18um的粗線條工藝上，也輕松上到1

13、00MHz。然而，因為存儲器訪問速度的限制，芯片廠商會降低最大主頻。 4. 腳印：CM3單片機的封裝也多種多樣。很多CM3單片機的腳數都比較少，以使之更適合于低成本的應用中。 CortexM3微控制器概述開發工具 在開始使用Cortex-M3之前，需要準備好一些開發工具，典型的如： 編譯器/匯編器：把C和匯編源程序轉換成目標文件。幾乎所有的C編譯器套件都包含了對應的匯編器。 指令系統模擬器：模擬指令的執行，用于在軟件開發早期的調試。 在線仿真器（ICE）或者調試探測器（probe）：連接到電腦和目標板上的調試硬件，與目標板的接口通常是JTAG或SW。 一塊開發板。 跟蹤捕捉儀：可選的硬件設備和

14、周邊軟件，可以用它來捕捉來自DWT以及ITM的輸出，并且以可讀的形式顯示出來。 嵌入式操作系統：在單片機上運行的操作系統。這也是一個可選件，許多簡單的應用程序不需要操作系統。但是在開發復雜度較高或者有高性能指標的系統時，常常需要使用。 CortexM3微控制器概述C編譯器編譯器 CortexM3微控制器概述嵌入式操作系統支持 CortexM3微控制器概述使用GNU工具鏈開始Cortex-M3開發 CortexM3微控制器概述KEIL RealView Microcontroller Development Kit（RVMDK）RVMDK的前身就是曾一度在8051開發業界享有盛譽的KEIL套件。RVMDK包含了很豐盛的組件： uVision 集成開發環境 調試器 模擬器 由ARM提供的RealView工具鏈 C/C+編譯器 匯編器 連接器 RTX實時