本文主要從M3和M4的MPU、DSP能力、debug調(diào)試和電源管理4個(gè)方面說(shuō)明兩者的區(qū)別。 1、內(nèi)存保護(hù)單元MPU 與Cortex - M3的相同，MPU是一個(gè)Cortex - M4中用于內(nèi)存保護(hù)的可選組件。處理器支持標(biāo)準(zhǔn)ARMv7內(nèi)存保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。您可以使用在MPU執(zhí)行 特權(quán)/訪問(wèn) 規(guī)則，或者獨(dú)立的進(jìn)程。這個(gè)MPU提供全面支持： 保護(hù)區(qū) 重疊保護(hù)區(qū)域，提升區(qū)域優(yōu)先級(jí)（7 =最高優(yōu)先級(jí)，0 =最低優(yōu)先級(jí)） 訪問(wèn)權(quán)限 將存儲(chǔ)器屬性輸出至系統(tǒng) 2、DSP能力 下圖展示了處理器運(yùn)行在相同的速度下Cortex - M3和Cortex - M4在數(shù)字信號(hào)處理能力方面的相對(duì)性能比較。 在下面的數(shù)字，Y軸代表執(zhí)行給出的計(jì)算用的相對(duì)的周期數(shù)。 因此，循環(huán)數(shù)越小，性能越好。以Cortex - M3作為參考，Cortex - M4的性能計(jì)算，性能比大概為其周期計(jì)數(shù)的倒數(shù)。舉例說(shuō)明，PID功能，Cortex - M4的周期數(shù)是與Cortex - M3的約0.7倍，因此相對(duì)性能是1/0.7，即1.4倍。 Cortex - M系列16位循環(huán)計(jì)數(shù)功能 Cortex - M系列32位循環(huán)計(jì)數(shù)功能 這很清楚的表明，Cortex - M4在數(shù)字信號(hào)處理方面對(duì)比Cortex - M3的16位或32位操作有著很大的優(yōu)勢(shì)。 Cortex-M4執(zhí)行的所有的DSP指令集都可以在一個(gè)周期完成，Cortex - M3需要多個(gè)指令和多個(gè)周期才能完成的等效功能。即使是PID算法——通用DSP運(yùn)算中最耗費(fèi)資源的工作，Cortex - M4也能提供了一個(gè)1.4倍的性能得改善 。另一個(gè)例子，MP3解碼在Cortex-M3需要20-25Mhz，而在Cortex-M4只需要10-12MHz。 1) 32位乘法累加（MAC） 32位乘法累加（MAC）包括新的指令集和針對(duì)Cortex - M4硬件執(zhí)行單元的優(yōu)化它是能夠在單周期內(nèi)完成一個(gè) 32 × 32 + 64 - > 64 的操作 或 兩個(gè)16 × 16 的操作。如下表列出了這個(gè)單元的計(jì)算能力。 2) SIMD Cortex - M4支持SIMD指令集，這在上一代的Cortex - M系列是不可用的。上述表中的指令，有的屬于SIMD指令。與硬件乘法器一起工作（MAC），使所有這些指令都能在單個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行。受益于SIMD指令的支持，Cortex - M4處理器是能在單周期完成高達(dá)32 × 32 + 64 - >64的運(yùn)算，為其他任務(wù)釋放處理器的帶寬， 而不是被乘法和加法消耗運(yùn)算資源。考慮以下復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，其中兩個(gè)16 × 16乘法加上一個(gè)32位加法，被編譯成由一個(gè)單一指令執(zhí)行：SUM = SUM +（A* C）+（B *D） 3) FPU FPU是Cortex - M4浮點(diǎn)運(yùn)算的可選單元。因此它是一個(gè)專(zhuān)用于浮點(diǎn)任務(wù)的單元。這個(gè)單元通過(guò)硬件提升性能，能處理單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，并與IEEE 754標(biāo)準(zhǔn) 兼容。這完成了ARMv7 - M架構(gòu)單精度變量的浮點(diǎn)擴(kuò)展。FPU擴(kuò)展了寄存器的程序模型與包含32個(gè)單精度寄存器的寄存器文件。這些可以被看作是： 16個(gè)64位雙字寄存器，D0 - D15 32個(gè)32位單字寄存器，S0 - S31 該FPU提供了三種模式運(yùn)作，以適應(yīng)各種應(yīng)用 全兼容模式（在全兼容模式，F(xiàn)PU處理所有的操作都遵循IEEE754的硬件標(biāo)準(zhǔn)） Flush-to-zero 沖洗到零模式（設(shè)置FZ位浮點(diǎn)狀態(tài)和控制寄存器FPSCR [24]到flush-to-zero 模式。在此模式下，F(xiàn)PU 在運(yùn)算中將所有不正常的輸入操作數(shù)的算術(shù)CDP操作當(dāng)做0.除了當(dāng)從零操作數(shù)的結(jié)果是合適的情況。VABS，VNEG，VMOV 不會(huì)被當(dāng)做算術(shù)CDP的運(yùn)算，而且不受flush-to-zero 模式影響。結(jié)果是微小的，就像在IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)的描述的那樣，在目標(biāo)精度增加的幅度小于四舍五入后最低正常值，被零取代。IDC的標(biāo)志位，F(xiàn)PSCR ，表示當(dāng)輸入Flush時(shí)變化。UFC標(biāo)志位，F(xiàn)PSCR ，表示當(dāng)Flush結(jié)束時(shí)變化） 默認(rèn)的NaN模式（DN位的設(shè)置，F(xiàn)PSCR ，會(huì)進(jìn)入NaN的默認(rèn)模式。在這種模式下，如對(duì)任何算術(shù)數(shù)據(jù)處理操作的結(jié)果，涉及一個(gè)輸入NaN，或產(chǎn)生一個(gè)NaN結(jié)果，會(huì)返回默認(rèn)的NaN。僅當(dāng)VABS，VNEG，VMOV運(yùn)算時(shí)，分?jǐn)?shù)位增加保持。所有其他的CDP運(yùn)算會(huì)忽略所有輸入NaN的小數(shù)位的信息） 下表顯示的是FPU指令集 3.debug調(diào)試 與Cortex - M3的相同， Cortex - M4的設(shè)備是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)JTAG或串行線調(diào)試連接器調(diào)試。要連接到主機(jī)的接口，一個(gè)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化外部連接器是必要的。 4. 電源 1) 電源管理 2) 功耗比較 從圖所示，很明顯在功率效率方面Cortex - M4的性能大大優(yōu)于表Cortex - M3。 (mbbeetchina)