STM32不快乐吗？（0、综述）

处理器类型

1. Cortex-M为32位的RICS（精简指令集）处理器：

   • 32位寄存器
   • 32位内部数据通路
   • 32位总线接口

2. Cortex-M3和M4处理器都具有三级流水线（取指、译码、执行）结构，都是基于哈佛总线结构，取指和数据访问可以同时执行。

3. Cortex-M处理器系统使用32位寻址，即4G寻址空间，存储器映射是一致的。存储器空间包括程序代码、数据、外设以及支持调试的组件。

4. 基于加载-存储架构，数据需要从存储器中加载和处理后，使用多个单独的指令写回存储器。例如，当需要增加SRAM中存储的数据值：

   • 使用一条指令从SRAM中读数据到处理器中的寄存器中
   • 第二条指令增加寄存器中的值
   • 最后第三条指令将数据值写回到存储器

处理器架构

5. 处理器只是微控制器芯片中的一部分，存储器系统、外设和各种接口特性由微控制器供应商开发。对于ARM处理器，架构一般指两个方面：

   • 架构。指令集架构（ISA）、编程模型以及调试方法
   • 微架构。接口信号、指令执行时序以及流水线实现。

6. Cortex-M3和M4都基于ARMv7-M架构。M0、M0+和M1基于ARMv6-M。 一个指令集架构可以包含多个微架构设计。Cortex-M系列主要是用来取代经典处理器ARM7系列（比如基于ARMv4架构的ARM7TDMI），Cortex-M比ARM7的架构高了3代 。

   发布顺序：

   • ARM-v6。

   • ARM-v7-M。（ Cortex-M3：2004年10月 ）、（ Cortex-M4：2010年02月 ）

   • ARMv6-M。（ Cortex-M1：2007年03月 ）、（ Cortex-M0：2009年02月 ）、（ Cortex-M0+：2012年03月 ）

ARMv6-M架构的诞生

7. ARMv7-M架构参考手册主要包含

   • 指令集细节
   • 编程模型
   • 异常模型
   • 调试架构

指令集

8. Cortex-M处理器使用的指令集名为Thumb（其中包含了16位Thumb指令和更新的32位Thumb指令），M3和M4处理器用到了Thumb-2技术，允许16位和32位指令的混合使用。

   随着Thumb-2技术的引入，Cortex-M处理器更笨不支持ARM指令，无需ARM指令集和Thumb指令集的状态切换。

不同Cortex-M处理器的指令集

模块框图

9. 处理器框图

处理器框图

总线接口

存储系统

10. M3和M4本身并不含有存储器（没有程序存储器、SRAM或缓存），但是具有相同的片上总线接口。一般来说，微控制器供应商会将一下部件添加到存储器系统中：
    • 程序存储器，一般来是Flash
    • 数据存储器，一般是SRAM
    • 外设。
11. Cortex-M处理器总线接口为32位宽，基于高级微控制器总线架构（AMBA）标准，AMBA包含多个总线协议。
12. M3和M4主要使用的总线接口协议为AHB Lite（高级高性能总线），它用于程序存储器和系统总线接口。AHB Lite协议为流水线结构的总线协议。另外，APB（高级外设总线）接口为处理器使用的另外一种总线协议，通常用于基于ARM的微控制器的总线系统。APB在M3和M4中内部用于调试支持。

中断和异常支持

13. Cortex-M3和M4内部集成了嵌套向量中断控制器（Nested Vector Interrupt Unit，NVIC），该中毒那控制器能够处理多达240个中断源。一次中断的延迟仅有12个时钟周期。NVIC内部包含了一个24位的可自动重载标准倒计时时钟定时器——系统时钟定时器（Systick Timer），用来提供定期中断信号，其典型的应用为RTOS（Real-Time Operating System）提供系统时钟节拍。

14. 紧挨着NVIC的是唤醒中断控制器（Wakeup Interrupt Controller，WIC），当处理器工作在低功耗时它保持在激活状态，通过WIC，外部中断信号可以把处理器唤醒。

CoreSight调试架构

14. 较早期的ARM7/9处理器是使用联合测试工作组（Joint Test Action Group， JTAG）调试接口进行调试的，其存在两个严重问题：第一个是可设置的程序断店数量有限，通常单步调试只能设置两个断点；第二个是当CPU在运行时无法查看CPU、内存以及外围设备存储器的状态和内容。

15. CoreSight允许放置8个硬件断点，并提供3个独立的追踪单元进行先进的调试。

    • 数据观测点与追踪（Date Watchpoint and Trace， DWT）

    • 仪器追踪宏单元（Instrumentation Trace Macrocell，ITM）

    • 嵌入式追踪宏单元（Embedded Trace Macrocell，ETM）

参考文献：

1. ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南
2. Cortex-M处理器设计指南

参考网站

1. Cortex-M各版本的第一款MCU[转载](2017-11-08 21:06:02)
2. 忘掉MCU吧 解析Cortex-M4的时代(出处: 单片机论坛)