要使用低成本的 32位微控制器，開(kāi)發(fā)人員面臨兩種選擇，基于Cortex-M3內(nèi)核或者ARM7TDMI內(nèi)核的處理器。如何做出選擇？選擇標(biāo)準(zhǔn)又是什么？本文主要介紹了ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器區(qū)別于ARM7的一些特點(diǎn)，幫助您快速選擇。

　　1．ARM實(shí)現(xiàn)方法

　　ARM Cortex-M3是一種基于ARM V7架構(gòu)的最新ARM嵌入式內(nèi)核，它采用哈佛結(jié)構(gòu)，使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線（馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下，數(shù)據(jù)和指令共用一條總線）。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，哈佛結(jié)構(gòu)在物理上更為復(fù)雜，但是處理速度明顯加快。根據(jù)摩爾定理，復(fù)雜性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加卻極具價(jià)值。

　　ARM公司對(duì)Cortex-M3的定位是：向?qū)I(yè)嵌入式市場(chǎng)提供低成本、低功耗的芯片。在成本和功耗方面，Cortex-M3具有相當(dāng)好的性能，ARM公司認(rèn)為它特別適用于汽車和無(wú)線通信領(lǐng)域。和所有的ARM內(nèi)核一樣，ARM公司將內(nèi)該設(shè)計(jì)授權(quán)給各個(gè)制造商來(lái)開(kāi)發(fā)具體的芯片。迄今為止，已經(jīng)有多家芯片制造商開(kāi)始生產(chǎn)基于Cortex-M3內(nèi)核的微控制器。

　　ARM7TDMI（包括ARM7TDMIS）系列的ARM內(nèi)核也是面向同一類市場(chǎng)的。這類內(nèi)核已經(jīng)存在了十多年之久，并推動(dòng)了ARM成為處理器內(nèi)核領(lǐng)域的主導(dǎo)者。眾多的制造商（據(jù)ARM宣稱，多達(dá)16家）出售基于ARM7系列的處理器以及其他配套的系統(tǒng)軟件、開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具。在許多方面，ARM7TDMI 都可以稱得上是嵌入式領(lǐng)域的實(shí)干家。

　　2．兩者差異

　　除了使用哈佛結(jié)構(gòu)， Cortex-M3還具有其他顯著的優(yōu)點(diǎn)：具有更小的基礎(chǔ)內(nèi)核，價(jià)格更低，速度更快。與內(nèi)核集成在一起的是一些系統(tǒng)外設(shè)，如中斷控制器、總線矩陣、調(diào)試功能模塊，而這些外設(shè)通常都是由芯片制造商增加的。 Cortex-M3 還集成了睡眠模式和可選的完整的八區(qū)域存儲(chǔ)器保護(hù)單元。它采用THUMB-2指令集，最大限度降低了匯編器使用率。

　　3．指令集

　　ARM7可以使用ARM和Thumb兩種指令集，而 Cortex-M3只支持最新的 Thumb-2指令集。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：

　　免去 Thumb和ARM代碼的互相切換，對(duì)于早期的處理器來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)切換會(huì)降低性能。

　　Thumb-2指令集的設(shè)計(jì)是專門面向C語(yǔ)言的，且包括If/Then結(jié)構(gòu)（預(yù)測(cè)接下來(lái)的四條語(yǔ)句的條件執(zhí)行）、硬件除法以及本地位域操作。

　　Thumb-2指令集允許用戶在C代碼層面維護(hù)和修改應(yīng)用程序，C代碼部分非常易于重用。

　　Thumb-2指令集也包含了調(diào)用匯編代碼的功能：Luminary公司認(rèn)為沒(méi)有必要使用任何匯編語(yǔ)言。

　　綜合以上這些優(yōu)勢(shì)，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)將更易于實(shí)現(xiàn)，上市時(shí)間也大為縮短。

　　4．中斷

　　Cortex-M3的另一個(gè)創(chuàng)新在于 嵌套向量中斷控制器 NVIC（ Nested Vector InterruptController）。相對(duì)于ARM7使用的外部中斷控制器，Cortex-M3內(nèi)核中集成了中斷控制器，芯片制造廠商可以對(duì)其進(jìn)行配置，提供基本的32個(gè)物理中斷，具有8層優(yōu)先級(jí)，最高可達(dá)到240個(gè)物理中斷和256個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。此類設(shè)計(jì)是確定的且具有低延遲性，特別適用于汽車應(yīng)用。

　　NVIC使用的是基于堆棧的異常模型。在處理中斷時(shí)，將程序計(jì)數(shù)器，程序狀態(tài)寄存器，鏈接寄存器和通用寄存器壓入堆棧，中斷處理完成后，在恢復(fù)這些寄存器。堆棧處理是由硬件完成的，無(wú)需用匯編語(yǔ)言創(chuàng)建中斷服務(wù)程序的堆棧操作。

　　中斷嵌套是可以是實(shí)現(xiàn)的。中斷可以改為使用比之前服務(wù)程序更高的優(yōu)先級(jí)，而且可以在運(yùn)行時(shí)改變優(yōu)先級(jí)狀態(tài)。使用末尾連鎖（ tail-chaining）連續(xù)中斷技術(shù)只需消耗三個(gè)時(shí)鐘周期，相比于 32個(gè)時(shí)鐘周期的連續(xù)壓、出堆棧，大大降低了延遲，提高了性能。

　　如果在更高優(yōu)先級(jí)的中斷到來(lái)之前， NVIC已經(jīng)壓堆棧了，那就只需要獲取一個(gè)新的向量地址，就可以為更高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)了。同樣的，NVIC不會(huì)用出堆棧的操作來(lái)服務(wù)新的中斷。這種做法是完全確定的且具有低延遲性。

　　5．睡眠

　　Cortex-M3的電源管理方案通過(guò)NVIC支持Sleep Now， Sleep on Exit （退出最低優(yōu)先級(jí)的ISR） andSLEEPDEEP modes這三種睡眠模式。為了產(chǎn)生定期的中斷時(shí)間間隔，NVIC還集成了系統(tǒng)節(jié)拍計(jì)時(shí)器，這個(gè)計(jì)時(shí)器也可以作為RTOS和調(diào)度任務(wù)的心跳。這種做法與先前的ARM架構(gòu)的不同之處就在于不需要外部時(shí)鐘。

　　6．存儲(chǔ)器保護(hù)單元

　　存儲(chǔ)器保護(hù)單元是一個(gè)可選組建。選用了這個(gè)選項(xiàng)，內(nèi)存區(qū)域就可以與應(yīng)用程序特定進(jìn)程按照其他進(jìn)程所定義的規(guī)則聯(lián)系在一起。例如，一些內(nèi)存可以完全被其他進(jìn)程阻止，而另外一部分內(nèi)存能對(duì)某些進(jìn)程表現(xiàn)為只讀。還可以禁止進(jìn)程進(jìn)入存儲(chǔ)器區(qū)域。可靠性，特別是實(shí)時(shí)性因此得到重大改進(jìn)。