STM32是什麼,ARM又是什麼?

ARM是英國的芯片設計公司,其最成功的莫過於32位嵌入式CPU核----ARM系列,最常用的是ARM7和ARM9,ARM公司主要提供IP(Intellectual Property core知識產權的核心)核,就是CPU的內核結構,只包括最核心的部分,並不是完整的處理器。ARM把這個核賣給各大半導體公司,如 Philips 三星,ATMEL,甚至Intel等許多公司。

一、ARM Cortex-M3 處理器初探

單片機市場的規模可以用“巨無霸”來形容,世界各地的器件供應商紛紛亮出自己的得意之作,他們提供的器件和架構也是各具特色。業界內部可謂是百花齊放,熱鬧非凡,好戲不斷。各行各業對單片機能力的要求也一直“得寸進尺”,而且還又要馬兒跑,又要馬兒不吃草——處理器必須在不怎麼增加主頻和功耗的條件下幹更多的活兒。另一方面, 處理器之間的互連也在加深,看這一串串熟悉的字眼:串口,USB,以太網,無線數傳,處理器,如欲支持這些數據通道,就必須在片上塞進更多的外設。軟件方面的情況也如出一轍:應用程序的功能一直在花樣翻新,性能需求也是變本加厲:更高的運算速度,更硬的實時能力,更多的功能模塊,更炫的圖形界面,所有這些要求單片機都得照單全收。

在這個大環境下,ARM Cortex‐M3處理器,作為Cortex系列的處女作,為了讓32位處理器入主作莊單片機市場,轟轟烈烈地誕生了!由於採用了最新的設計技術,它的門數更低,性能卻更強。許多曾經只能求助於高級32位處理器或DSP的軟件設計,都能在CM3上跑得很快很歡。

二、CM3的招牌功夫包括:

• 性能強勁。在相同的主頻下能做處理更多的任務。

• 功耗低。延長了電池的壽命。

• 實時性好。採用了很前衛甚至革命性的設計理念,使它能極速地響應中斷,而且響應中斷所需的週期數是確定的。

• 代碼密度得到很大改善。一方面力挺大型應用程序,另一方面為低成本設計而省吃儉用。

• 使用更方便。現在從8位/16位處理器轉到32位處理器之風颳得越來越猛,更簡單的編程模型和更透徹的調試系統,為與時俱進的人們大大減負。

• 低成本的整體解決方案。讓32位系統比和8位/16位的還便宜,低端的Cortex‐M3單片機甚至還賣不到1美元。

• 遍地開花的優秀開發工具。免費的,便宜的,全能的,要什麼有什麼。降低成本還有一招,就是使基礎代碼在所有系統中都可以重用,至少要方便移植。CM的內核架構非常精工細作,使它與C語言成為了一個夢幻絕配。優質的C程序代碼三下五除二就可以移植並重用,使升級和移植一下子從攔路虎變成了紙老虎。

值得一提的是,CM3並不是第一個被拿去做萬金油型處理器的內核。那廉頗雖老卻依然驍勇的ARM7/ARM9處理器,在通用嵌入式處理器市場中德高望重,至今擁有無數鐵桿粉絲。半導體業界的群英們,像NXP(philips)、TI、Atmel、OKI、ST等,都以ARM為內核,做出了各自身懷絕技的32位MCU。ARM7作為最受歡迎的32位嵌入式處理器,被載入了亮煌煌的幾頁史冊——每年超過10億片出貨量,為各行各業的嵌入式設備中都找得到它們的身影。

CM3作為ARM7的後繼者,大刀闊斧地改革了設計架構。從而顯著地簡化了編程和調試的複雜度,處理能力也更加強大。除此之外,CM3還突破性地引入了很多時尚的甚至嶄新的技術,專門滿足單片機應用程序的需求。比如,服務於“使命‐關鍵”應用的不可屏蔽中斷,極度敏捷並且擁有確定性的嵌套向量中斷系統,原子性質的位操作,還有一個可選的內存保護單元。

Cortex-M3 處理器內核VS基於Cortex-M3的MCU

Cortex‐M3處理器內核是單片機的中央處理單元(CPU)。完整的基於CM3的MCU還需要很多其它組件。在芯片製造商得到CM3處理器內核的使用授權後,它們就可以把CM3內核用在自己的硅片設計中,添加存儲器,外設,I/O以及其它功能塊。不同廠家設計出的單片機會有不同的配置,包括存儲器容量、類型、外設等都各具特色。本書主講處理器內核本身。如果想要了解某個具體型號的處理器,還需查閱相關廠家提供的文檔。

一路走來讓我們回頓一下ARM的進化史,你會知道為什麼會有品種如此之多的ARM處理器和ARM架構。ARM在1990年成立,當初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd”,當時它是三家公司的合資——它們分別是蘋果電腦,Acorn電腦公司,以及VLSI技術(公司)。在1991年,ARM推出了ARM6處理器家族,VLSI則是第一個吃螃蟹的人。後來,陸續有其它巨頭:包括TI,NEC,Sharp,ST等都獲取了ARM授權,它們真正地把ARM處理器大面積地輔開,使得ARM處理器在手機,硬盤控制器,PDA,家庭娛樂系統以及其它消費電子中都大展雄才。

現如今,ARM芯片的出貨量每年都比上一年多20億片以上。不像很多其它的半導體公司,ARM從不製造和銷售具體的處理器芯片。取而代之的是ARM把處理器的設計授權給相關的商務合作伙伴,讓他們去根據自己的強項設計具體的芯片,這些夥伴可都是巨頭啊。基於ARM低成本和高效的處理器設計方案,得到授權的廠商生產了多種多樣的的處理器、單片機以及片上系統(SoC)。這種商業模式就是所謂的“知識產權授權IP”。

除了設計處理器,ARM也設計系統級IP和軟件IP。為了挺它們,ARM開發了許多配套的基礎開發工具、硬件以及軟件產品。使用這些工具,合作伙伴可以更加舒心地開發他們自己的產品。



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