Cortex-M3芯片简介
1、关于ARMv7的知识了解
在这个版本中，内核架构首次从单一款式变成3种款式。
款式A：设计用于高性能的“开放应用平台”——越来越接近电脑了 。
款式R：用于高端的嵌入式系统，尤其是那些带有实时要求的——又要快又要实时。
款式M：用于深度嵌入的，单片机风格的系统中。
介绍A:用于高性能的“开放应用平台”，应用在那些需要运行复杂应用程序的处理器。支持大型嵌入式操作系统。
R:用于高端的嵌入式系统，要求实时性的。
M:用于深度嵌入的、单片机风格的系统中。
2、Cortex-M3处理器的舞台
高性能+高代码密度+小硅片面积，使得CM3大面积地成为理想的处理平台，主要应用在以下领域：
（1）低成本单片机
（2）汽车电子
（3）数据通信
（4）工业控制
（5）消费类电子产品
3、Cortex-M3概览
（1）简介
Cortex-M3是一个 32位处理器内核。内部的数据路径是 32位的，寄存器是 32位的，存储器接口也是 32 位的。CM3 采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。为实现这个特性， CM3内部含有好几条总线接口，每条都为自己的应用场合优化过，并且它们可以并行工作。但是另一方面，指令总线和数据总线共享同一个存储器空间（一个统一的存储器系统）
比较复杂的应用可能需要更多的存储系统功能，为此CM3提供一个可选的MPU，而且在需要的情况下也可以使用外部的 cache。另外在CM3中，Both小端模式和大端模式都是支持的。
（2）寄存器组
处理器拥有R0-R15的寄存器组，其中R13最为堆栈指针SP,SP有两个，但是同一时刻只能有一个可以看到，这就是所谓的“banked”寄存器。
a、R0-R12都是 32位通用寄存器，用于数据操作。但是注意：绝大多数 16位Thumb指令只能访问R0-R7，而32位 Thumb-2指令可以访问所有寄存器。
b、Cortex-M3拥有两个堆栈指针，然而它们是 banked，因此任一时刻只能使用其中的一个。
主堆栈指针（MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）
进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用。
---堆栈指针的最低两位***是0，这意味着堆栈总是4字节对齐的。---
c、R14：连接寄存器--当呼叫一个子程序时，由R14存储返回地址
d、R15：程序计数寄存器--指向当前的程序地址，如果修改它的值，就能改变程序的执行流（这里有很多高级技巧）
e、Cortex-M3还在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器，包括：
程序状态字寄存器组（PSRs）
中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）
控制寄存器（CONTROL）
Cortex-M3处理器支持两种处理器的操作模式，还支持两级特权操作。
两种操作模式分别为：处理者模式和线程模式（thread mode）。引入两个模式的本意，是用于区别普通应用程序的代码和异常服务例程的代码——包括中断服务例程的代码。
Cortex-M3 的另一个侧面则是特权的分级——特权级和用户级。这可以提供一种存储器访问的保护机制，使得普通的用户程序代码不能意外地，甚至是恶意地执行涉及到要害的操作。处理器支持两种特权级，这也是一个基本的安全模型。
在 CM3 运行主应用程序时（线程模式），既可以使用特权级，也可以使用用户级；但是异常服务例程必须在特权级下执行。复位后，处理器默认进入线程模式，特权极访问。在特权级下，程序可以访问所有范围的存储器（如果有 MPU，还要 在MPU规定的禁地之外），并且可以执行所有指令。
在特权级下的程序可以为所欲为，但也可能会把自己给玩进去——切换到用户级。一旦进入用户级，再想回来就得走“法律程序”了——用户级的程序不能简简单单地试图改写 CONTROL寄存器就回到特权级，它必须先“申诉”：执行一条系统调用指令(SVC)。这会触发SVC异常，然后由异常服务例程（通常是操作系统的一部分）接管，如果批准了进入，则异常服务例程修改 CONTROL寄存器，才能在用户级的线程模式下重新进入特权级。
事实上，从用户级到特权级的唯一途径就是异常：如果在程序执行过程中触发了一个异常，处理器总是先切换入特权级，并且在异常服务例程执行完毕退出时，返回先前的状态。
通过引入特权级和用户级，就能够在硬件水平上限制某些不受信任的或者还没有调试好的程序，不让它们随便地配置涉及要害的寄存器，因而系统的可靠性得到了提高。进一步地，如果配了 MPU，它还可以作为特权机制的补充——保护关键的存储区域不被破坏，这些区域通常是操作系统的区域。
(4)内建的嵌套向量中断控制器
Cortex-M3 在内核水平上搭载了一颗中断控制器——嵌套向量中断控制器 NVIC(Nested Vectored InterruptController)。它与内核有很深的“亲密接触”——与内核是紧耦合的。
NVIC提供如下的功能：
可嵌套中断支持
向量中断支持
动态优先级调整支持
中断延迟大大缩短
中断可屏蔽
可嵌套中断支持： 可嵌套中断支持的作用范围很广，覆盖了所有的外部中断和绝大多数系统异常。外在表现是，这些异常都可以被赋予不同的优先级。当前优先级被存储在 xPSR 的专用字段中。当一个异常发生时，硬件会自动比较该异常的优先级是否比当前的异常优先级更高。如果发现来了更高优先级的异常，处理器就会中断当前的中断服务例程（或者是普通程序），而服务新来的异常——即立即抢占。
向量中断支持： 当开始响应一个中断后，CM3会自动定位一张向量表，并且根据中断号从表中找出 ISR的入口地址，然后跳转过去执行。不需要像以前的 ARM那样，由软件来分辨到底是哪个中断发生了，也无需半导体厂商提供私有的中断控制器来完成这种工作。这么一来，中断延迟时间大为缩短。
（5）总线接口
Cortex-M3内部有若干个总线接口，以使CM3能同时取址和访内（访问内存），它们是：
指令存储区总线（两条）
系统总线
私有外设总线
有两条代码存储区总线负责对代码存储区的访问，分别是 I-Code 总线和 D-Code 总线。前者用于取指，后者用于查表等操作，它们按最佳执行速度进行优化。
系统总线用于访问内存和外设，覆盖的区域包括 SRAM，片上外设，片外 RAM，片外扩展设备，以及系统级存储区的部分空间。
私有外设总线负责一部分私有外设的访问，主要就是访问调试组件。它们也在系统级存储区。 |
楼主
标题置顶
标题高亮
