《基于CMSIS标准的Cortex-M3应用软件开发》.pdf

基于CMSIS 标准的Cortex－M3 应用软件开发 引 言 ARM 公司于2008 年11 月12 日发布了arm Cortex 微控制器软件接口标准(CMSIS： Cortex Microcon-troller Software InteRFace Standard) 。CMSIS 是独立于供应商的 Cortex-M 处理器系列硬件抽象层，为芯片厂商和中间件供应商提供了连续的、简单的处理 器软件接口，简化了软件复用，降低了Cortex-M3 上操作系统的移植难度，并缩短了新入 门的微控制器开发者的学习时间和新产品的上市时间。 根据近期的调查研究，软件开发已经被嵌入式行业公认为最主要的开发成本。图1 为近 年来软件开发与硬件开发 本对比图。因此，arm 与Atmel、IAR 、Keil 、hami-nary Micro 、 Micrium、NXP 、SEGGER 和ST 等诸多芯片和软件厂商合作，将所有Cortex 芯片厂商产 品的软件接口标准化，制定了CMSIS 标准。此举意在降低软件开发成本，尤其针对新设备 项目开发，或者将已有软件移植到其他芯片厂商提供的基于Cortex 处理器的微控制器的情 况。有了该标准，芯片厂商就能够将他们的资源专注于产品外设特性的差异化，并且消除对 微控制器进行编程时需要维持的不同的、互相不兼容的标准的需求，从而达到降低开发成本 的目的。 1 基于CMSIS 标准的软件架构 如图2 所示，基于CMSIS 标准的软件架构主要分为以下4 层：用户应用层、操作系统 及中间件接口层、CMSIS 层、硬件寄存器层。其中CMSIS 层起着承上启下的作用：一方面 该层对硬件寄存器层进行统一实现，屏蔽了不同厂商对Cortex-M 系列微处理器核内外设寄 存器的不同定义；另一方面又向上层的操作系统及中间件接口层和应用层提供接口，简化了 应用程序开发难度， 开发人员能够在完全透明的情况下进行应用程序开发。也正是如此， CMSIS 层的实现相对复杂。 CMSIS 层主要分为3 部分。 ①核内外设访问层(CPAL)：由ARM 负责实现。包括对寄存器地址的定义，对核寄存 器、NVIC、调试子系统的访问接口定义以及对特殊用途寄存器的访问接口(如CONTROL 和xPSR)定义。由于对特殊寄存器的访问以内联方式定义，所以arm 针对不同的编译器统 一用_INLINE 来屏蔽差异。该层定义的接口函数均是可重入的。 ②中间件访问层(MWAL) ：由arm 负责实现，但芯片厂商需要针对所生产的设备特性 对该层进行更新。该层主要负责定义一些中间件访问的API 函数，例如为TCP ／IP 协议栈、 SD ／MMC 、USB 协议以及实时操作系统的访问与调试提供标准软件接口。该层在1．1 标 准中尚未实现。 ③设备外设访问层(DPAL) ：由芯片厂商负责实现。该层的实现与CPAL 类似，负责对 硬件寄存器地址以及外设访问接口进行定义。该层可调用CPAL 层提供的接口函数，同时根 据设备特性对异常向量表进行扩展，以处理相应外设的中断请求。 2 CMSIS 规范 (1)文件结构 CMSIS 的文件结构如图3 所示( 以STM32 为例) 。其中stdint ．h 包括对8 位、16 位、 32 位等类型指示符的定义，主要用来屏蔽不同编译器之前的差异。core_cm3 ．h 和 core_cm3 ．C 中包括Cortex_M3 核的全局变量声明和定义，并定义一些静态功能函数。 system_ ．h 和system_ ．c( 即图3 中的system_stm32 ．h 和system_stm32 ．c)是不同芯 片厂商定义的系统初始化函数SystemInit()，以及一些指示时钟的变量(如 SystemFre-quency) 。 （．h ）(即图3 中的stm32 ．h)是提供给应用程序的头文件，它包含 core_cm3 ．h 和system_ ．h ，定义了与特定芯片厂商相关的寄存器以及各中断异常号，并 可定制M3 核中的特殊设备，如MCU、中断优先级位数以及SysTick 时钟配置。虽然CMSIS 提供的文件很多，但在应用程序中只需包含．h 。 (2)工具链 CMSIS 支持目前嵌入式开发的三大主流工具链，即ARM ReakView(armcc)、IAR EWARM(iccarm) 以及GNU 工具链(gcc) 。通过在core_cm3 ．C 中的如下定义，来屏蔽一 些编译器内置关键字的差异。 这样，CPAL 中的功能函