ARM Cortex-M3 M4

引言

ARM Cortex-M3 M4是ARM公司推出的32RISC（精简指令集计算机）处理器内核，用于各种嵌入式系统中。

第一章 ARM Cortex-M 处理器简介

1.1 什么是ARM Cortex-M处理器

Cortex-M3和M4为cortex处理器中的第一个，M3和M4处理器使用32位架构，寄存器组中的内部寄存器、数据通路以及总线接口都是32位的，Cortex-M处理器使用指令集架构（ISA）为Thumb ISA，其基于Thumb-2技术并同时支持16位和32位指令。

指令集架构

指令集架构定义了以下的内容：

• 处理器可以之心那个的指令集合：例如加法、减法、乘法、除法、数据加载、数据存储、跳转等。每条指令都有特定的二进制编码。
• 指令格式：指令由哪些部分组成，例如操作码、操作数等
• 寄存器组织：处理器内部有哪些寄存器，每个寄存器的用途和大小。
• 寻址方式：如何访问存储器中数据，例如立即数寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址等。（这是汇编的知识）
• 铸锻和异常处理：如何响应外部中断和内部异常。

ISA是软件和硬件之间的接口，程序员通过使用ISA定义的指令来编写程序，而硬件则根据ISA的定义来执行这些指令。不同的处理器有不同的ISA，例如X86、ARM、MIPS、RISC-V等

Thumb-2技术： 后来的ARM架构引入了Thumb-2技术，它扩展了Thumb指令集，增加了32位指令，使得Thumb指令集更加强大和灵活，几乎可以替代传统的ARM指令集，同时保持了较高的代码密度。Cortex-M系列处理器主要使用Thumb-2技术。

共同点：

• 哈佛总线架构，且具有统一的存储器空间：指令和地址总线使用相同的地址空间。
  地址空间是CPU可以访问的存储器地址的范围。例如，一个32位处理器的地址空间为2^32个字节（4GB）。

• 架构基础：cortex-M3和M4基于相同的架构（ARMv7-M）。

• Thumb-2指令集：支持16位和32位的混合指令，兼顾代码密度和性能。

• 3级流水线：提高指令执行效率。

• NVIC：高效的中断管理。

• 存储器保护单元（MPU）：提供内存保护，增强系统可靠性。

• 调试接口：支持JTAG和SWD调式。

• 指令兼容性：Cortex-M3编写的二进制指令无需修改就可用在Cortex-M4上执行。

主要区别：

• Cortex-M在Cortex-M3的基础上增加了DSP功能，是器更加适合处理信号处理的应用。
• DSP拓展指令集：Cortex-M4包含一系列优化的DSP指令。
• 浮点单元（FPU）：Cortex-M4可以选择支撑单精度浮点运算单元，童工硬件浮点运算支持。

Cortex-M处理器家族

Cortex-M3和M4处理器基于ARMv7-M架构，既有高性能且为微控制器应用设计的。

处理器和为控制器的区别

ARM公司不生产微控制器，ARM设计的处理器及多种部件都是芯片制造商所需要的，ARM会对包括微控制器供应商在内的各家芯片设备公司授权，也被称为IP授权。

在一个典型的微控制器设计中，处理器只会占用芯片中的一小块区域。在其他部分则成为存储器、时钟生成和分配逻辑、系统总线、外设等。

许多微控制器供应商选择ARM Cortex-M处理器作为它们的CPU，但是存储器映射系统、存储器映射、外设及操作特性（时钟频率和电压）各不相同，就构成了微控制器产品的多样性。

1.2 C程序中的数据类型