ARM Cortex M3/M4微控制器最大效率设计三秘诀 控制器

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大部分采用Cortex-M3/M4 MCU的目标应用是便携式的，并且供电电源来自电池或能源收集系统，因此我们所探讨的大部分概念涉及如何减少系统整体能耗的技术。然而，在许多情况下，这些节能技术也是处理器应用设计的有力工具，可提供：
　　●更符合成本效益的解决方案
　　●更大的升级和采用新特性的设计冗余
　　●有助于产品在激烈竞争市场上脱颖而出的性能和特性
　　小知识：Cortex-M3对比Cortex-M4
　　Cortex-M3架构背后的指导思路是设计一种既要满足应用的成本效益又要提供高性能计算和控制1的处理器。类似的应用包括汽车车身系统、工业控制系统和无线网络/传感器产品等。M3系列为32位的ARM处理器架构引进了多项重要特性，包括：
　　●不可屏蔽式中断
　　●高度确定性、嵌套、向量式中断
　　●原子位操作
　　●可选的存储保护（MPU）
　　除了绝佳的计算性能，Cortex-M3处理器先进的中断结构还能确保系统迅速响应真实世界的事件，同时仍然提供极低的动态与静态功耗。

　　图1 ARM Cortex M3和M4对比

　　进入正题
　　SWO接口节省I/O引脚并加速调试
　　除了传统的串行调试（Serial Wire Debug）功能之外，基于ARM Cortex-M的MCU还可以通过它的单引脚串行监视器输出（Serial Wire Viewer Output，SWO）3提供指令跟踪接口，如图2所示。这个接口可以直接把“printf格式的”调试信息传递给应用代码。SWO允许调试信息直接在任何标准的IDE中浏览。此外，这些信息也可以用独立的SWO监视器（例如，Segger的J-Link SWO Viewer软件4，或是Silicon Labs的energyAware Commander 4）进行浏览。由于SWO输出内建于内核硬件本身，因此它是Cortex-M内核与生俱来的优点。SWO不占用MCU的任何UART接口，这些接口它们可能早已被分配给了应用。

　　图2 专用ARM Cortex SWO接口节省I/O引脚并加速调试

　　基于SWO的调试还有一个重要的优势在于，它让微控制器在进入最低的休眠模式时，保持调试连接有效，而在大多数情况下，传统的调试连接这时是不能正常工作的。SWO的指令追踪还可以用于跟踪程序计数器，以帮忙IDE统计出程序各项功能所占用的时间。这些统计数字能够与电流测量结合起来，帮助开发人员对设计功耗进行微调。
　　目前一些供应商正在开始重新认识这项优点，而且有些厂商已经为了这个目的而把功耗模式和电流测量硬件纳入到本身的开发平台。例如，Silicon Labs的EFM32 Gecko MCU入门级和开发级工具包都包含功耗测量输出，并可搭配energyAware Profiler工具6中的程序代码追踪功能。图3显示了如何让设计人员精确定位到哪个程序功能块最耗费能源，并且能够快速调试其它与能源有关的问题。

　　图3 软硬件工具精确定位耗能最大的功能，无需示波器和万用表，快速排除问题