ARMCortexM体系结构和优势.pptVIP

ARM Cortex-M3体系结构与优势;本讲主要内容：;1.1 ARM公司与其体系结构概述;ARM公司概述; ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司。 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。 目前， 全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得了更多的第三方工具、制造、软件的支持。又使得整个系统成本降低，产品更容易进入市场被消费者接受，更具竞争力。到目前为止，ARM处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。;ARM技术的实际产品展示：;——汽车控制系统;马达 控制器 车灯;ARM产品特点;ARM微处理器及其发展;1.2 Cortex-M3内核体系结构; ARM公司于2005年推出了Cortex-M3内核，就在当年ARM公司与其他投资商合伙成立了Luminary（流明诺瑞）公司，由该公司率先设计、生产与销售基于Cortex-M3内核的ARM芯片——Stellaris（群星）系列ARM。 Cortex-M3内核是ARM公司整个Cortex内核系列中的微控制器系列（M）内核，还是其它两个系列分别是应用处理器系列（A）与实时控制处理系列（R），这三个系列又分别简称为A、R、M系列，当然这三个系列的内核分别有各自不同的应用场合。 ; Cortex-M3内核主要是应用于低成本、小管脚数和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。 Cortex-M3处理器采用纯Thumb2指令的执行方式，使得这个具有32位高性能的ARM内核能够实现8位和16位的代码存储密度。ARM Cortex-M3处理器是使用最少门数的ARM CPU，核心门数只有33K，在包含了必要的外设之后的门数也只有60K，使得封装更为小型，成本更加低廉。 Cortex-M3采用了ARM V7哈佛架构，具有带分支预测的3级流水线，中断延迟最大只有12个时钟周期，在末尾连锁的时候只需要6个时钟周期。同时具有1.25DMIPS/MHZ的性能和0.19mW/MHZ的功耗。; 基于 ARMv7 架构的 Cortex-M3 处理器带有一个分级结构。它集成了名为 CM3Core 的中心处理器内核和先进的系统外设，实现了内置的中断控制、存储器保护以及系统的调试和跟踪功能。这些外设可进行高度???置，允许 Cortex-M3 处理器处理大范围的应用并更贴近系统的需求。目前 Cortex-M3 内核和集成部件（右图中所示）已进行了专门的设计，用于实现最小存储容量、减少管脚数目和降低功耗。 ; Cortex-M3 中央内核基于哈佛架构，指令和数据各使用一条总线（右图中所示）。与 Cortex-M3不同，ARM7 系列处理器使用冯·诺依曼（Von Neumann）架构，指令和数据共用信号总线以及存储器。由于指令和数据可以从存储器中同时读取，所以 Cortex-M3 处理器对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行速度。 Cortex-M3 内核包含一个适用于传统Thumb 和新型 Thumb-2 指令的译码器、一个支持硬件乘法和硬件除法的先进 ALU、控制逻辑和用于连接处理器其他部件的接口。 ; 内核流水线分3个阶段：取指、译码和执行。当遇到分支指令时，译码阶段也包含预测的指令取指，这提高了执行的速度。处理器在译码阶段期间自行对分支目的地指令进行取指。在稍后的执行过程中，处理完分支指令后便知道下一条要执行的指令。如果分支不跳转，那么紧跟着的下一条指令随时可供使用。如果分支跳转，那么在跳转的同时分支指令可供使用，空闲时间限制为一个周期。 Cortex-M3 处理器是一个 32 位处理器，带有 32 位宽的数据路径，寄存器库和存储器接口。其中有 13 个通用寄存器，两个堆栈指针，一个链接寄存器，一个程序计数器和一系列包含编程状态寄存器的特殊寄存器。 Cortex-M3 处理器支持两种工作模式（线程（Thread）和处理器（Handler））和两个等级的访问形式（有特权或无特权），在不牺牲应用程序安全的前提下实现了对复杂的开放式系统的执行。; Cortex-M3 处理器是一个存储器映射系统，为高达 4GB 的可寻址存储空间提供简单和固定的存储器映射，同时，这些空间为代码（代码空间）、SRAM（存储空间），外部存储器/器件和内部/外部外设提供预定义的专用地址。另外，还有一个特殊区域专门供厂家使用。 借助bit-banding技术，Cortex-M3 处理器可以在简单系统中直接对数据的单个位进行访