STM32是什么,ARM又是什么?

ARM是英国的芯片设计公司,其最成功的莫过于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知识产权的核心)核,就是CPU的内核结构,只包括最核心的部分,并不是完整的处理器。ARM把这个核卖给各大半导体公司,如 Philips 三星,ATMEL,甚至Intel等许多公司。

一、ARM Cortex-M3 处理器初探

单片机市场的规模可以用“巨无霸”来形容,世界各地的器件供应商纷纷亮出自己的得意之作,他们提供的器件和架构也是各具特色。业界内部可谓是百花齐放,热闹非凡,好戏不断。各行各业对单片机能力的要求也一直“得寸进尺”,而且还又要马儿跑,又要马儿不吃草——处理器必须在不怎么增加主频和功耗的条件下干更多的活儿。另一方面, 处理器之间的互连也在加深,看这一串串熟悉的字眼:串口,USB,以太网,无线数传,处理器,如欲支持这些数据通道,就必须在片上塞进更多的外设。软件方面的情况也如出一辙:应用程序的功能一直在花样翻新,性能需求也是变本加厉:更高的运算速度,更硬的实时能力,更多的功能模块,更炫的图形界面,所有这些要求单片机都得照单全收。

在这个大环境下,ARM Cortex‐M3处理器,作为Cortex系列的处女作,为了让32位处理器入主作庄单片机市场,轰轰烈烈地诞生了!由于采用了最新的设计技术,它的门数更低,性能却更强。许多曾经只能求助于高级32位处理器或DSP的软件设计,都能在CM3上跑得很快很欢。

二、CM3的招牌功夫包括:

• 性能强劲。在相同的主频下能做处理更多的任务。

• 功耗低。延长了电池的寿命。

• 实时性好。采用了很前卫甚至革命性的设计理念,使它能极速地响应中断,而且响应中断所需的周期数是确定的。

• 代码密度得到很大改善。一方面力挺大型应用程序,另一方面为低成本设计而省吃俭用。

• 使用更方便。现在从8位/16位处理器转到32位处理器之风刮得越来越猛,更简单的编程模型和更透彻的调试系统,为与时俱进的人们大大减负。

• 低成本的整体解决方案。让32位系统比和8位/16位的还便宜,低端的Cortex‐M3单片机甚至还卖不到1美元。

• 遍地开花的优秀开发工具。免费的,便宜的,全能的,要什么有什么。降低成本还有一招,就是使基础代码在所有系统中都可以重用,至少要方便移植。CM的内核架构非常精工细作,使它与C语言成为了一个梦幻绝配。优质的C程序代码三下五除二就可以移植并重用,使升级和移植一下子从拦路虎变成了纸老虎。

值得一提的是,CM3并不是第一个被拿去做万金油型处理器的内核。那廉颇虽老却依然骁勇的ARM7/ARM9处理器,在通用嵌入式处理器市场中德高望重,至今拥有无数铁杆粉丝。半导体业界的群英们,像NXP(philips)、TI、Atmel、OKI、ST等,都以ARM为内核,做出了各自身怀绝技的32位MCU。ARM7作为最受欢迎的32位嵌入式处理器,被载入了亮煌煌的几页史册——每年超过10亿片出货量,为各行各业的嵌入式设备中都找得到它们的身影。

CM3作为ARM7的后继者,大刀阔斧地改革了设计架构。从而显著地简化了编程和调试的复杂度,处理能力也更加强大。除此之外,CM3还突破性地引入了很多时尚的甚至崭新的技术,专门满足单片机应用程序的需求。比如,服务于“使命‐关键”应用的不可屏蔽中断,极度敏捷并且拥有确定性的嵌套向量中断系统,原子性质的位操作,还有一个可选的内存保护单元。

Cortex-M3 处理器内核VS基于Cortex-M3的MCU

Cortex‐M3处理器内核是单片机的中央处理单元(CPU)。完整的基于CM3的MCU还需要很多其它组件。在芯片制造商得到CM3处理器内核的使用授权后,它们就可以把CM3内核用在自己的硅片设计中,添加存储器,外设,I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置,包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。本书主讲处理器内核本身。如果想要了解某个具体型号的处理器,还需查阅相关厂家提供的文档。

一路走来让我们回顿一下ARM的进化史,你会知道为什么会有品种如此之多的ARM处理器和ARM架构。ARM在1990年成立,当初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd”,当时它是三家公司的合资——它们分别是苹果电脑,Acorn电脑公司,以及VLSI技术(公司)。在1991年,ARM推出了ARM6处理器家族,VLSI则是第一个吃螃蟹的人。后来,陆续有其它巨头:包括TI,NEC,Sharp,ST等都获取了ARM授权,它们真正地把ARM处理器大面积地辅开,使得ARM处理器在手机,硬盘控制器,PDA,家庭娱乐系统以及其它消费电子中都大展雄才。

现如今,ARM芯片的出货量每年都比上一年多20亿片以上。不像很多其它的半导体公司,ARM从不制造和销售具体的处理器芯片。取而代之的是ARM把处理器的设计授权给相关的商务合作伙伴,让他们去根据自己的强项设计具体的芯片,这些伙伴可都是巨头啊。基于ARM低成本和高效的处理器设计方案,得到授权的厂商生产了多种多样的的处理器、单片机以及片上系统(SoC)。这种商业模式就是所谓的“知识产权授权IP”。

除了设计处理器,ARM也设计系统级IP和软件IP。为了挺它们,ARM开发了许多配套的基础开发工具、硬件以及软件产品。使用这些工具,合作伙伴可以更加舒心地开发他们自己的产品。



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