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对 Cortex-M7微控制器可配置内存问题的更深一步探讨
紧密耦合内存(TCM)是 Cortex-M7产品家族所具备的一个突出特性，可以通过对 CPU的单周期访问以及确保来自外部设备的高优先级、低延迟时间请求来提高微控制器的性能。
最早一批基于 ARM 的 M7嵌入式处理器内核的微控制器产品 - 像 Atmel 公司的SAM E70和 S70芯片 - 已经投入市场。所以，对于 M7微控制器的可配置内存问题做一番深入的探讨，了解紧密耦合内存(TCM)是如何让确定性代码的执行成为可能、如何让处理器以最高速度快速地传输数据，还是很有必要的。
下面就列出了针对 Cortex-M7微控制器先进的内存架构的一些重要发现：
1. TCM 是可以配置的
首先，紧密耦合内存(TCM)的大小是可以配置的。TCM是微控制器(MCU)物理内存架构当中的一个组成部分，最高可支持16MB 紧密耦合内存。ARMCortex-M7内核的可配置性能够让片上系统(SoC)设计师整合一系列不同大小的缓存。这样一来，工业和物联网领域的产品开发人员就能够确定为了满足目标应用的需求在TCM 中关键代码以及实时数据的数量。
Atmel | SMARTCortex-M7架构并未指定应提供什么类型的内存或需要多大内存。这个决定留给了在微控制器中使用 M7的设计师来决定，这也是为产品能够做到以差异化而取胜提供了一种途径。因此，一个灵活的内存系统可以针对性能、周期决定性以及低延迟时间进行优化，以满足具体的应用需求。
2. 指令 TCM
指令 TCM 或 ITCM可以在实时处理类的应用过程中，例如音频编码/解码、音频处理和马达控制等应用中，完成关键代码的确定性执行任务。使用标准内存将会由于缓存缺失和中断等原因而带来延迟，因此会对实时响应或者无缝的音频/视频操作等应用所要求的确定时间的执行带来妨碍。
确定性关键软件例程应加载到一个64位的指令内存端口(ITCM)，这个端口应支持双指令处理器架构，可为 CPU 提供单周期访问以提高MCU 的性能。但是，开发人员需要小心地计算出需要零等待状态执行性能的代码数量，以确定在一个 MCU 设备中需要的 ITCM数量。
M7 架构中的 TCM 构成。
3. 数据 TCM
数据 TCM 或 DTCM应用在需要快速数据处理的任务当中，如二维条码解码和指纹及声音识别等。这种情况下有两个数据端头(DTCM)可以同时以并行方式提供对实时数据的32位数据访问。指令TCM 和数据 TCM - 在都用于对片上闪存和外部资源的高效访问时 - 必须拥有同样的大小。
4. 系统 RAM 和 TCM
系统 RAM，也叫作通用 RAM，用在与网络、现场总线、高带宽连接、USB等方面相关的通讯栈上。其任务是进行外部设备数据缓冲，一般是通过直接内存存取(DMA)引擎，能够在不需要 CPU介入的情况下由主系统直接访问。
在这种情况下，产品开发人员必须要记住由于向 CPU 和DMA同时传输数据而出现的内存访问冲突。所以开发人员必须要为来自外设的并对延迟有严格要求的请求设定清晰的优先等级，小心地计划对于延迟有严格要求的数据传输，如USB 接口描述符的传输，或者为低数据速率外设提供一个小型本地缓冲等。来自 DMA和缓存的访问一般都会突发至连续的地址，以便优化系统的性能。
值得注意的一点是，虽然系统内存在逻辑上与 TCM 是分开的，像Atmel这样的微控制器供应商已经将 TCM 和系统 RAM 整合在了一个单独的 SRAM块中。这种方法可以让物联网开发人员在共享一般目的的任务的同时，将 TCM 和系统 RAM 功能分离开来，以应对具体的使用情况。
将 TCM 和系统内存整合在一个 SRAM 块中可以带来更大的灵活性和利用率。
5. TCM 加载
Cortex-M7 采用的是分散式 RAM 架构，允许 MCU专门针对关键任务和数据传输设定专用 RAM，从而将 MCU 的性能提高到最高水平。TCM 可以从众多来源加载，具体是哪个来源在 M7架构中并未加以规定。这个任务留给了MCU的设计人员，由他们来决定是单一的 DMA 还是若干来自视频或 USB等各类流的加载数据，
在进行软件构建时，物联网产品开发人员必须要确定哪些代码段和数据块应分配给TCM。具体方法是将杂注嵌入软件当中以及应用链接器设置，从而让软件构建在分配内存的过程中可以为代码设定合适的位置。
6. 为什么要使用 SRAM?
闪存可以安装在 TCM接口中，但是闪存无法以处理器的时钟频率运行，而且还需要缓存。因此，在出现缓存缺失时就会造成延迟，威胁到 TCM技术所应具备的决定性。
DRAM 技术只在理论上是可行的，但是其成本之高却令人望而却步。这样一来SRAM 就成了一个可行的选择，可以实现快速、直接和无缓存的 TCM 访问。SRAM可以很容易地嵌入到一个芯片上，允许按照处理器的速度随机存储。但是，SRAM 的每比特成本要高于闪存和 DRAM，这就意味着将 TCM的大小限制在一定范围之内是很关键的。
Atmel | SMART Cortex-M7微控制器
以 Atmel 公司的 SAM E70、S70和V70/71微控制器为例，这些微控制器都专门针对 TCM 和系统 RAM 将 SRAM组成四个存储体。该公司最近已经开始批量向物联网市场和工业市场供应 SAM E70和 S70产品家族，并宣称这些微控制器的性能比最好的竞争对手的微控制器都要超出50%。
Atmel 公司以 M7为基础的微控制器可提供最高384KB 的嵌入式 SRAM，可作为 TCM或系统内存加以配置，为物联网的设计提供了更高的灵活性和可利用率。例如，其 E70 和 S70 微控制器将 384KB嵌入式 SRAM组织成4个端口，以限制内存访问冲突的出现。这些 MCU 将 256KB 的 SRAM 分配给 TCM 功能 - 其中ITCM 和DTCM 各分配128KB - 以便能够以 300MHz 的处理器速度提供零等待访问。其余的128KB SRAM可以配置为系统内存，以 150MHz 的速度运行。
但是，以 384KB内存体的形式组织形成的 SRAM 块的提供，就意味着系统SRAM 和 TCM 都可以在同时得到使用。较大尺寸的384KB 片上 SRAM对于许多物联网设备来说也是非常关键的，因为这样一来设备就能够在同一个微控制器上运行多个通讯栈和应用程序，无需添加外部存储设备。在物联网领域中这就是一个非常重要的增值点，因为不需要外部存储设备就能够降低材料清单的成本，减少印刷线路板(PCB)的碳足迹，消除高速PCB 设计中的复杂性。
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