ARM_Cortex-M3内核结构

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1、ARMCortex-M3内核结构2.1ARMCortex-M3处理器简介2.1.1概述ARM公司成立于上个世纪九十年代初，致力于处理器内核研究，ARM即AdvancedRISCMachines的缩写，ARM公司本身不生产芯片，只设计内核，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。这种运行模式运营的成果受到全球半导公司以及用户的青睐。目前ARM体系结构的处理器内核有：ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI、ARM11以及Cortex等。2005年ARM推出的ARMCortex系列内核，分别为：A系列、R系列和M系列，其中A系列是针对可以

2、运行复杂操作系统（Linux、WindowsCE、Symbian等）的处理器；R系列是主要针对处理实时性要求较高的处理器（汽车电子、网络、影像系统）；M系列又叫微控制器，对开发费用敏感，对性能要求较高的场合。Cortex-M系列目前的产品有M0、M1、M3，其中M1用在FPGA中。Cortex-M系列对微控制器和低成本应用提供优化，具有低成本、低功耗和高性能的特点，能够满足微控制器设计师进行创新设计的需求。其中，ARMCortex-M3处理器的性能是ARM7的两倍，而功耗却只有ARM7的1/3，适用于众多高性能、极其低成本需求的嵌入式应用，如微控制器、汽车系统

3、、大型家用电器、网络装置等，ARMCortex-M3提供了32位微控制器市场前所未有的优势。Cortex-M3内核，内部的数据路径为32位，寄存器为32位，存储器接口也是32位。Cortex-M3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分开进行。Cortex-M3还提供一个可选的MPU，对存储器进行保护，而且在需要的情况下也可以使用外部的cache。另外在Cortex-M3中，存储器支持小端模式和大端存储格式。Cortex-M3内部还附赠了很多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等。另外，为支持更高级的调试，

4、还有其它可选组件，包括指令跟踪和多种类型的调试接口。2.1.2内核结构组成及功能描述Cortex-M3微控制器内核包括处理核心和许多的组件，目的是用于系统管理和调试支持。如图2.1为Cortex-M3内核方框图。NMI中断号[239:0]SLEEPINGSLEEPDEEPNVICSysTick中断睡眠CM3核调试指令数据MPUCortex-M3触发ETMTPIUFPBDWTITM专用外设总线SW-DPJTAG-DP专用外设总线（内部）AHB-APAPBROM表总线矩阵I-code总线D-code总线系统总线总线矩阵系统总线（AHB）静态RA

5、M外部RAM外部控制器设备AHBtoAPB总线Flash存储器SRAM可选配外部RAMI/O外设总线UARTPWMTimer图2.1Cortex-M3内核方框图1.处理器内核Cortex-M3处理器内核采用ARMv7-M架构，其主要特性如下：lThumb-2指令集架构（ISA）的子集，包含所有基本的16位和32位Thumb-2指令；l哈佛处理器架构，在加载/存储数据的同时能够执行指令取指；l带分支预测的三级流水线；l32位单周期乘法；l硬件除法；lThumb状态和调试状态；l处理模式和线程模式；lISR的低延迟进入和退出；l可中断-可继续（inter

6、ruptible-continued）的LDM/STM、PUSH/POP；l支持ARMv6类型BE8/LE；l支持ARMv6非对齐访问。2.NVIC（嵌套向量中断控制器）NVIC与处理器内核是紧密耦合的，这样可实现快速、低延迟的异常处理。在Cortex-M微控制器此功能非常强大。3.总线矩阵总线矩阵用来将处理器和调试接口与外部总线相连。处理器包含4个总线接口：lICode存储器接口：从Code存储器空间（0x0000000–0x1FFFFFFF）的取指都在这条32位AHBLite总线上执行。lDCode存储器接口：对Code存储器空间（0x0000000–0x

7、1FFFFFFF）进行数据和调试访问都在这条32位AHBLite总线上执行。l系统接口：对系统空间（0x20000000–0xDFFFFFFF）进行取指、数据和调试访问都在这条32位AHBLite总线上执行。l外部专用外设总线（PPB）：对外部PPB空间（0xE0040000–0xE00FFFFF）进行数据和调试访问都在这条32位APB总线（AMBAv2.0）上执行。跟踪端口接口单元（TPIU）和厂商特定的外围器件都在这条总线上。注：处理器包含一条内部专用外设总线，用来访问嵌套向量中断控制器（NVIC）、数据观察点和触发（DWT）、Flash修补和断点（FPB

8、），以及存储器保护单元（MPU）。4.