在命名方式上,基于ARMv7架构的ARM处理器已经不再延用过去的数字命名方式,而是冠以Cortex的代号。基于v7A的称为"Cortex-A系列",基于v7R的称为"Cortex-R系列",基于v7M的称为"Cortex-M3"。 2 ARM Cortex-M3处理器技术特点
ARM Cortex-M3处理器是为存储器和处理器的尺寸对产品成本影响极大的各种应用专门开发设计的,其结构如图2所示。它整合了多种技术,减少使用内存,并在极小的RISC内核上提供低功耗和高性能,可实现由以往的代码向32位微控制器的快速移植。ARM Cortex-M3处理器是使用最少门数的ARM CPU,相对于过去的设计大大减小了芯片面积,可减小装置的体积或采用更低成本的工艺进行生产,仅33 000门的内核性能可达1.2DMIPS/MHz。此外,基本系统外设还具备高度集成化特点,集成了许多紧耦合系统外设,合理利用了芯片空间,使系统满足下一代产品的控制需求。
ARM Cortex-M3处理器结合了执行Thumb-2指令的32位哈佛微体系结构和系统外设,包括Nested Vec-tored Interrupt Controller和Arbiter总线。该技术方案在测试和实例应用中表现出较高的性能:在台机电180 nm工艺下,芯片性能达1.2 DMIPS/MHz,时钟频率高达100 MHz。Cortex-M3处理器还实现了Tail-Chaining中断技术。该技术是一项完全基于硬件的中断处理技术,最多可减少12个时钟周期数,在实际应用中可减少70%中断;推出了新的单线调试技术,避免使用多引脚进行JTAG调试,并全面支持RealView编译器和RealView调试产品。RealView工具向设计者提供模拟、创建虚拟模型、编译软件、调试、验证和测试基于ARMv7架构的系统等功能。
为微控制器应用而开发的Cortex-M3拥有以下性能:
实现单周期Flash应用最优化;
准确快速地中断处理,永不超过12周期,仅6周期tail-chaining(末尾连锁);
有低功耗时钟门控(CLOCk Cating)的3种睡眠模式;
单周期乘法和乘法累加指令;
ARM Thumb-2混合的16/32位同有指令集,无模式转换;
包括数据观察点和Flash补丁在内的高级调试功能;
原子位操作,在一个单一指令中读取/修改/编写;
1.25 DMIPS/MHz(与O.9DMIPS/MHz的ARM7和1.1 DMIPS/MHz的ARM9相比)。 3 ARM Cortex-R处理器技术特点
ARM Cortex-R系列处理器目前包括ARM Cortex-R4和ARM Cortex-R4F两个型号,主要适用于实时系统的嵌入式处理器。
3.1 ARM Cortex-R4处理器技术特点
Cortex-R4处理器结构如图3所示。该处理器支持手机、硬盘、打印机及汽车电子设计,能协助新一代嵌入式产品快速执行各种复杂的控制算法与实时工作的运算;可通过内存保护单元(MPU,Memory Protection Unit)、高速缓存以及紧密耦合内存(TCM,Tightly CoupLED Memory)让处理器针对各种不同的嵌入式应用进行最佳化调整,且不影响基本的ARM指令集兼容性。这种设计能够在延用原有程序代码的情况下,降低系统的成本与复杂度,同时其紧密耦合内存功能也能提供更小的规格及更高效率的整合,并带来快速的响应时间。
Cortex-R4处理器采用ARMv7体系结构,让它能与现有的程序维持完全的回溯兼容性,能支持现今建立在全球各地数十亿的系统;并已针对Thumb-2指令进行最佳化设计。此项特性带来很多的利益,其中包括:更低的时钟速度所带来的省电效益;更高的性能将各种多功能特色带人移动电话与汽车产品的设计;更复杂的算法支持更高性能的数码影像与内建硬盘的系统。运用Thumb-2指令集,加上RealView开发套件,使芯片内部存储器的容量最多得以降低30%,大幅降低系统成本,其速度比在ARM946E-S处理器所使用的Thumb指令集高出40%。由于存储器在芯片中的占用空间愈来愈多,因此这项设计将大幅节省芯片容量,让芯片制造商运用这款处理器开发各种SoC(System on a Chip)器件。