|
|
ARM是英國(guó)的芯片設(shè)計(jì)公司,其最成功的莫過于32位嵌入式CPU核----ARM系列,最常用的是ARM7和ARM9,
ARM公司主要提供IP核,就是CPU的內(nèi)核結(jié)構(gòu),只包括最核心的部分,并不是完整的處理器. ARM把這個(gè)核賣給各大半導(dǎo)體公司,如 Pllips 三星 ,ATMEL 等等,許多公司,甚至Intel.
ARM為了對(duì)付 8位機(jī)市場(chǎng),最近推出了 Cortex-M3核,STM32就是意大利的意法半導(dǎo)體基于Cortex-M3的32位嵌入式處理器, Cortex_M3核 性價(jià)比更高,價(jià)格低,可以與8位單片機(jī)競(jìng)爭(zhēng)
ARM Cortex-M3 處理器初探
單片機(jī)市場(chǎng)的規(guī)�？梢杂谩熬逕o霸”來形容，每年能有20G片的出貨量。世界各地的器件供應(yīng)商紛紛亮出自己的得意之作，他們提供的器件和架構(gòu)也是各具特色。業(yè)界內(nèi)部可謂是百花齊放，熱鬧非凡，好戲不斷。各行各業(yè)對(duì)單片機(jī)能力的要求也一直“得寸進(jìn)尺”，而且還又要馬兒跑，又要馬兒不吃草——處理器必須在不怎么增加主頻和功耗的條件下干更多的活兒。 另一方面， 處理器之間的互連也在加深，看這一串串熟悉的字眼：串口，USB，以太網(wǎng)，無線數(shù)傳„„處理器如欲支持這些數(shù)據(jù)通道，就必須在片上塞進(jìn)更多的外設(shè)。軟件方面的情況也如出一轍：應(yīng)用程序的功能一直在花樣翻新，性能需求也是變本加厲：更高的運(yùn)算速度，更硬的實(shí)時(shí)能力，更多的功能模塊，更炫的圖形界面，„„所有這些要求單片機(jī)都得照單全收。
在這個(gè)大環(huán)境下，ARM Cortex‐M3處理器，作為Cortex系列的處女作，為了讓32位處理器入主作莊單片機(jī)市場(chǎng)，轟轟烈烈地誕生了！由于采用了最新的設(shè)計(jì)技術(shù)，它的門數(shù)更低，性能卻更強(qiáng)。許多曾經(jīng)只能求助于高級(jí)32位處理器或DSP的軟件設(shè)計(jì)，都能在CM3上跑得很快很歡。相信用不了多久，CM3就一定能在32位嵌入式處理器市場(chǎng)中脫穎而出，像當(dāng)年8051推動(dòng)整個(gè)業(yè)界那樣，再次放飛設(shè)計(jì)師的夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)多年的夙愿！
二、CM3的招牌功夫包括：
• 性能強(qiáng)勁。在相同的主頻下能做處理更多的任務(wù)，全力支持勁爆的程序設(shè)計(jì)。 • 功耗低。延長(zhǎng)了電池的壽命——這簡(jiǎn)直就是便攜式設(shè)備的命門（如無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。
• 實(shí)時(shí)性好。采用了很前衛(wèi)甚至革命性的設(shè)計(jì)理念，使它能極速地響應(yīng)中斷，而且響應(yīng)中斷所需的周期數(shù)是確定的。
• 代碼密度得到很大改善。一方面力挺大型應(yīng)用程序，另一方面為低成本設(shè)計(jì)而省吃儉用。
• 使用更方便�，F(xiàn)在從8位/16位處理器轉(zhuǎn)到32位處理器之風(fēng)刮得越來越猛，更簡(jiǎn)單的編程模型和更透徹的調(diào)試系統(tǒng)，為與時(shí)俱進(jìn)的人們大大減負(fù)。 • 低成本的整體解決方案。讓32位系統(tǒng)比和8位/16位的還便宜，低端的Cortex‐M3單片機(jī)甚至還賣不到1美元。
遍地開花的優(yōu)秀開發(fā)工具。免費(fèi)的，便宜的，全能的，要什么有什么。降低成本還有一招，就是使基礎(chǔ)代碼在所有系統(tǒng)中都可以重用，至少要方便移植。CM的內(nèi)核架構(gòu)非常精工細(xì)作，使它與C語言成為了一個(gè)夢(mèng)幻絕配。優(yōu)質(zhì)的C程序代碼三下五除二就可以移植并重用，使升級(jí)和移植一下子從攔路虎變成了紙老虎。
值得一提的是，CM3并不是第一個(gè)被拿去做萬金油型處理器的內(nèi)核。那廉頗雖老卻依然驍勇的ARM7/ARM9處理器，在通用嵌入式處理器市場(chǎng)中德高望重，至今擁有無數(shù)鐵桿粉絲。半導(dǎo)體業(yè)界的群英們，像NXP（philips）、TI、Atmel、OKI、ST等，都以ARM為內(nèi)核，做出了各自身懷絕技的32位MCU。ARM7作為最受歡迎的32位嵌入式處理器，被載入了亮煌煌的幾頁史冊(cè)——每年超過10億片出貨量，為各行各業(yè)的嵌入式設(shè)備中都找得到它們的身影。
CM3作為ARM7的后繼者，大刀闊斧地改革了設(shè)計(jì)架構(gòu)。從而顯著地簡(jiǎn)化了編程和調(diào)試的復(fù)雜度，處理能力也更加強(qiáng)大。除此之外，CM3還突破性地引入了很多時(shí)尚的甚至嶄新的技術(shù)，專門滿足單片機(jī)應(yīng)用程序的需求。比如，服務(wù)于“使命‐關(guān)鍵”應(yīng)用的不可屏蔽中斷，極度敏捷并且擁有確定性的嵌套向量中斷系統(tǒng)，原子性質(zhì)的位操作，還有一個(gè)可選的內(nèi)存保護(hù)單元。這些令人驚艷和振奮的新特性，讓老的ARM玩家們?cè)俅握业健俺鯌佟睍r(shí)烈焰迸發(fā)的感覺，也使萍水相逢就有激爽觸電般的體驗(yàn)！相信讀者一旦有機(jī)會(huì)用到了它，就會(huì)為它的秀外慧中而贊嘆，愛不釋手！
Cortex-M3 處理器內(nèi)核VS基于Cortex-M3的MCU
Cortex‐M3處理器內(nèi)核是單片機(jī)的中央處理單元（CPU）。完整的基于CM3的MCU還需要很多其它組件。在芯片制造商得到CM3處理器內(nèi)核的使用授權(quán)后，它們就可以把CM3內(nèi)核用在自己的硅片設(shè)計(jì)中，添加存儲(chǔ)器，外設(shè)，I/O以及其它功能塊。不同廠家設(shè)計(jì)出的單片機(jī)會(huì)有不同的配置，包括存儲(chǔ)器容量、類型、外設(shè)等都各具特色。本書主講處理器內(nèi)核本身。如果想要了解某個(gè)具體型號(hào)的處理器，還需查閱相關(guān)廠家提供的文檔。
一路走來讓我們回頓一下ARM的進(jìn)化史，你會(huì)知道為什么會(huì)有品種如此之多的ARM處理器和ARM架構(gòu)。ARM在1990年成立，當(dāng)初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd”，當(dāng)時(shí)它是三家公司的合資——它們分別是蘋果電腦，Acorn電腦公司，以及VLSI技術(shù)（公司）。在1991年，ARM推出了ARM6處理器家族，VLSI則是第一個(gè)吃螃蟹的人。后來，陸續(xù)有其它巨頭：包括TI， NEC， Sharp， ST等都獲取了ARM授權(quán)，它們真正地把ARM處理器大面積地輔開，使得ARM處理器在手機(jī)，硬盤控制器，PDA，家庭娛樂系統(tǒng)以及其它消費(fèi)電子中都大展雄才。
現(xiàn)如今，ARM芯片的出貨量每年都比上一年多20億片以上。不像很多其它的半導(dǎo)體公司，ARM從不制造和銷售具體的處理器芯片。取而代之的是ARM把處理器的設(shè)計(jì)授權(quán)給相關(guān)的商務(wù)合作伙伴，讓他們?nèi)ジ鶕?jù)自己的強(qiáng)項(xiàng)設(shè)計(jì)具體的芯片，這些伙伴可都是巨頭啊�；贏RM低成本和高效的處理器設(shè)計(jì)方案，得到授權(quán)的廠商生產(chǎn)了多種多樣的的處理器、單片機(jī)以及片上系統(tǒng)(SoC)。這種商業(yè)模式就是所謂的“知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)IP”。
除了設(shè)計(jì)處理器，ARM也設(shè)計(jì)系統(tǒng)級(jí)IP和軟件IP。為了挺它們，ARM開發(fā)了許多配套的基礎(chǔ)開發(fā)工具、硬件以及軟件產(chǎn)品。使用這些工具，合作伙伴可以更加舒心地開發(fā)他們自己的產(chǎn)品。 三、ARM的各種架構(gòu)版本
ARM十幾年如一日地開發(fā)新的處理器內(nèi)核和系統(tǒng)功能塊。這些包括流行的ARM7TDMI處理器，還有更新的高檔產(chǎn)品ARM1176TZ(F)‐S處理器，后者能拿去做高檔手機(jī)。功能的不斷進(jìn)化，處理水平的持續(xù)提高，年深日久造就了一系列的ARM架構(gòu)。需要說明的是，架構(gòu)版本號(hào)和名字中的數(shù)字并不是一碼事。比如，ARM7TDMI是基于ARMv4T架構(gòu)的（T表示支持“Thumb指令”）； ARMv5TE架構(gòu)則
是伴隨著ARM9E處理器家族亮相的。ARM9E家族成員包括ARM926E‐S和ARM946E‐S。ARMv5TE架構(gòu)添加了“服務(wù)于多媒體應(yīng)用增強(qiáng)的DSP指令”。 后來又出了ARM11，ARM11是基于ARMv6架構(gòu)建成的。基于ARMv6架構(gòu)的處理器包括ARM1136J(F)‐S，ARM1156T2(F)‐S，以及ARM1176JZ(F)‐S。
ARMv6是ARM進(jìn)化史上的一個(gè)重要里程碑：從那時(shí)候起，許多突破性的新技術(shù)被引進(jìn)，存儲(chǔ)器系統(tǒng)加入了很多的嶄新的特性，單指令流多數(shù)據(jù)（SIMD）指令也是從v6開始首次引入的。而最前衛(wèi)的新技術(shù)，就是經(jīng)過優(yōu)化的Thumb‐2指令集，它專為低成本的單片機(jī)及汽車組件市場(chǎng)。
ARMv6的設(shè)計(jì)中還有另一個(gè)重大的決定：雖然這個(gè)架構(gòu)要能上能下，從最低端的MCU到最高端的“應(yīng)用處理器”都通吃，但不能因此就這也會(huì)，那也會(huì)，但就是都不精。仍須定位準(zhǔn)確，使處理器的架構(gòu)能勝任每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)果就是，要使ARMv6能夠靈活地配置和剪裁。對(duì)于成本敏感市場(chǎng)，要設(shè)計(jì)一個(gè)低門數(shù)的架構(gòu)，讓她有極強(qiáng)的確定性；另一方面，在高端市場(chǎng)上，不管是要有豐富功能的還是要有高性能的，都要有拿得出手的好東西。最近的幾年，基于從ARMv6開始的新設(shè)計(jì)理念，ARM進(jìn)一步擴(kuò)展了它的CPU設(shè)計(jì)，成果就是ARMv7架構(gòu)的閃亮登場(chǎng)。在這個(gè)版本中，內(nèi)核架構(gòu)首次從單一款式變成3種款式。
•款式A：設(shè)計(jì)用于高性能的“開放應(yīng)用平臺(tái)”——越來越接近電腦了
•款式R：用于高端的嵌入式系統(tǒng)，尤其是那些帶有實(shí)時(shí)要求的——又快又實(shí)時(shí)。 •款式M：用于深度嵌入的，單片機(jī)風(fēng)格的系統(tǒng)中——本書的主角。 讓我們?cè)俳嚯x地考察這3種款式：
•款式A（ARMv7‐A）：需要運(yùn)行復(fù)雜應(yīng)用程序的“應(yīng)用處理器”支持大型嵌入式操作系統(tǒng)（不一定實(shí)時(shí)——譯注），比如Symbian（諾基亞智能手機(jī)用），Linux，以及微軟的Windows CE和智能手機(jī)操作系統(tǒng)Windows Mobile。這些應(yīng)用需要?jiǎng)疟奶幚硇阅�，并且需要硬件MMU實(shí)現(xiàn)的完整而強(qiáng)大的虛擬內(nèi)存機(jī)制，還基本上會(huì)配有Java支持，有時(shí)還要求一個(gè)安全程序執(zhí)行環(huán)境（用于電子商務(wù)——譯注）。典型的產(chǎn)品包括高端手機(jī)和手持儀器，電子錢包以及金融事務(wù)處理機(jī)。 •款式R（ARMv7‐R）：硬實(shí)時(shí)且高性能的處理器。標(biāo)的是高端實(shí)時(shí)市場(chǎng)。那些高級(jí)的玩意，像高檔轎車的組件，大型發(fā)電機(jī)控制器，機(jī)器手臂控制器等，它們使用的處理器不但要很好很強(qiáng)大，還要極其可靠，對(duì)事件的反應(yīng)也要極其敏捷。
•款式M（ARMv7‐M）：認(rèn)準(zhǔn)了舊世代單片機(jī)的應(yīng)用而量身定制。在這些應(yīng)用中，尤其是對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，低成本、低功耗、極速中斷反應(yīng)以及高處理效率，都是至關(guān)重要的。
Cortex系列是v7架構(gòu)的第一次亮相，其中Cortex‐M3就是按款式M設(shè)計(jì)的。到目前為止，Cortex‐M3也是款式M中被撫養(yǎng)成人的獨(dú)苗。
|
|
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
