Cortex-M0微控制器概述及性能分析.pdf

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1、Cortex-M0微控制器概述及性能分析目录•NXP微控制器介绍•Cortex-M0介绍•LPC111x系列产品介绍•LPC111x微控制器性能分析•开发工具NXP微控制器介绍NXP微控制器所有的微控制器都是不同的ARM公司提供了同样的物理IP–处理器核、内部总线和中断控制器等–但最终的结果是不一样的架构选择、实现、性能优化及电源管理等带来很大的不同–微控制器厂商的实现将会影响到芯片的性能、功耗和应用难度等例如：–Flash存储器性能–外设稳定性–集成度–调试功能改变微控制器世界Cortex-M0介绍ARM

2、Cortex-M0处理器32为ARMRISC处理器–16位Thumb指令集功耗与面积高度优化–设计专用于低成本、低功耗场合中断现场自动保存–极低的进入与退出中断的软件开销确定的指令执行时间–指令总是同时执行Thumb指令集32位的操作码，16位的指令系统–应用于ARM7TDMI（‘T’代表Thumb）–自ARM处理器问世以来都支持Thumb指令集–更小的代码规模Thumb2指令集–处理器所有的操作都能在Thumb状态下完成–16位指令与32位指令并存–Cortex系列处理器都能支持指令集系统基于ARM7TD

3、MI的16位Thumb指令系统–仅56条指令，且指令执行时间都是确定的–完成8、16或32位的数据传输只需一条指令Dhrystone–0.9DMIPS/MHz内部寄存器所有的寄存器都是32位的–特殊指令能够支持对8/16/32位数据的处理13个通用寄存器（R0~R12）–R0–R7（低位寄存器）–R8–R12（高位寄存器）3个特殊功能寄存器（R13~R15）–堆栈指针R13（SP）–连接寄存器R14（LR）–程序计数器R15（PC）程序状态寄存器组（xPSR）指令行为绝大多数指令占用2字节的存储空间指令执行

4、占用确定的时间–数据处理（例如加，移位，逻辑或）1个时钟周期内完成–数据传送（例如加载，存储）需2个时钟周期–分支转移指令只需3个时钟周期指令都是基于32位的数值操作–处理器的寄存器和算术逻辑单元（ALU）都是32位宽的！示例：16位乘法下面以对一个设备的10位模数转换器（ADC）操作处理的来作比较–转换数据基本的滤除处理操作需一次16位的乘法操作–对16位乘法操作对比如下嵌套向量中断控制器（NVIC）NVIC更有效地处理异常中–“咬尾中断”机制和晚到异常处理断–集成于处理器内部，与CPU完全确定的异常处理

5、时间内核紧密耦合–异常处理花销的周期总是保–高效处理系统异常（持一定Exceptions）和中断（–16个时钟周期的固定开销Interrupts）–特定寄存器用来消除不确定NVIC具有以下特性延迟–异常优先级设置只要会C就能编写程序中断具体行为当中断发生时，硬件自动将相关寄存器的值压入堆栈中断处理程序可完全用C语言编写–堆栈内容支持ARM架构C/C++函数调用标准复位后初始堆栈指针指向0x00处中断处理程序的编写传统途径异常向量表–分支取指顶级处理–异常重入处理中断处理程序的编写ARMCortex-M体系中

6、断服务程序（ISR）可直接用C语言编写NVIC自动处理–完全支持C语言指针向量–保存相关寄存器–ISR就是一个C函数–中断优先级–中断嵌套快速中断响应–软件开销更小等待中断（WFI），执行该指令退出睡眠模式软件控制睡眠模式ARMCortex-M系列具很好的睡眠模式控制–极低的待机功耗–非常适用于电池便携设备–包含一个唤醒中断控制器（WIC）Sleep（睡眠）–内核时钟停止–NVIC继续对中断有效软件控制睡眠模式Deepsleep（深度睡眠）–WIC对指定中断有效–Cortex-M0可进入状态保持WIC唤醒信

7、号传递给PMU（电源管理单元）–内核立即被唤醒–立即响应关键事件指令集比较LPC111x系列产品介绍LPC111x的特点电源效率高性能优越应用简单LPC111xCortex-M0的配置单周期乘法器调试小端模式–支持串行调试（SWD），–不支持串行线跟踪输出操作系统扩展(SWO)–24位系统节拍–支持4个断点，2个观察点–堆栈指针寄存器–高级访问指令LPC111x系列芯片信息LPC111x的系统框图存储系统M0核具有零延迟的32位接口Thumb指令集（16位）Flash总线宽度和系统总线宽度匹配–使用自定义时

8、间的读时序–相比两次16位读取操作，一次32位读取消耗的电流更小–增强处理器性能串行接口UART（通用异步收发器）–用于控制波特率的小数分频器，并具赖以实现软件或硬件流控制的自动波特率检测能力–16字节的接收和发送FIFO可配置触发点–支持EIA-485/RS-485的9位模式·同时支持9位模式的软件地址检测和自动地址检测·自动方向控制–完全支持Modem控制串行接口I2C接口（Inter-IntegratedC