ARM Cortex-M3 学习笔记(1)

Cortex-M3寄存器等基础知识1.寄存器 CM3拥有R0~R15通⽤寄存器和⼀些特殊功能寄存器 R0~R12这些通⽤寄存器，复位初始值都是不可预料的2.CM3有R0到R15的通⽤寄存器组注：绝⼤部分的16位thumb只能访问R0到R7，⽽32位thumb-2可以访问全部寄存器3.特殊功能寄存器3.1程序状态寄存器组（应⽤程序PSR+中断号PSR+执⾏PSR）3.2中断屏蔽寄存器组：⽤于控制异常的除能和使能3.3控制寄存器：⽤于定义特权级别和当前使⽤哪个堆栈指针4.操作模式和特权级别：两种操作模式(处理器模式)：Handler模式和线程模式（⽤于区分异常服务例程的代码和普通程序的代码）两种特权等级：特权级和⽤户级（是指在硬件层⾯上对存储器访问权限的设置）注：CM3在运⾏主程序（即线程模式）可以使⽤特权级别和⽤户级别；但是异常服务例程（即handler模式）只能使⽤特权级别。

当处于线程+⽤户模式时⼀些访问权限将被禁⽌将代码区分成⽤户级和特权级，有利于程序架构的稳定，如某⼀个⽤户代码出问题，不会使其成为害群之狗，因为⽤户级别的代码是禁⽌对⼀些要害寄存器操作的。

5.异常处理5.1CONTROL[0]=0;5.2CONTROL[0]=1;CONTROL[0]只有在特权级别下可以访问，若在⽤户级别想访问先通过"系统服务呼叫指令（SVC）"来触发SVC异常，然后在该异常的服务例程中可以修改CONTROL[0]。

6.下⾯是各操作模式的转换7.异常和中断可以有11个系统异常和最多240个外部中断（IRQ），具体芯⽚使⽤了多少要看芯⽚制造⼚商。

　作为中断功能的强化，NVIC 还有⼀条NMI输⼊信号线，具体做什么由芯⽚制造商决定，NMI（not masked interrupted）8.向量表：当⼀个异常被CM3内核接受。

对应的异常Handler就会执⾏，向量表⽤来决定Handler的⼊⼝地址。

ARMCortex-M3处理器学习总结ARMCortex-M3处理器学习总结在学习了《嵌入式Linux系统》这门课后，本人简单学习了ARMCortex-M3处理器，有了一点粗略的认识，下面将从性能，特性，用途这三方面来介绍ARMCortex-M3处理器。

1性能参数Cortex‐M3是一个32位处理器内核。

内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32位的。

CM3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。

这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能。

为实现这个特性，CM3内部含有好几条总线接口，每条都为自己的应用场合优化过，并且它们可以并行工作。

但是另一方面，指令总线和数据总线共享同一个存储器空间（一个统一的存储器系统）。

比较复杂的应用可能需要更多的存储系统功能，为此CM3提供一个可选的MPU，而且在需要的情况下也可以使用外部的cache。

另外在CM3中，Both小端模式和大端模式都是支持的。

CM3内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等。

另外，为支持更高级的调试，还有其它可选组件，包括指令跟踪和多种类型的调试接口。

2特性ARMCortex-M3的特性总结为以下几方面：●功耗低。

延长了电池的寿命——这简直就是便携式设备的命门（如无线网络应用）。

●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。

读后感：ARM Cortex-M3处理器简介ARM, 读后感, 处理器, 简介首先谈谈我对这个系列先入为主的感觉。

Cortex-M3是ARM7的升级版本。

个人认为：ARM7本身并不是完全针对MCU来设计的，但是众多芯片厂家以ARM7为内核做了很多32位MCU芯片。

例如Atmel和NXP的ARM7系列。

Cortex-M3是真正针对MCU应用来设计的，这一点在功能取舍和性能偏向上得到反映。

那么与ARM7相比较，Cortex-M3有哪些区别和特点呢？加速设计：哈佛结构替代ARM7的冯.诺伊曼结构。

哈佛结构就是指令和数据总线分开。

这样取指令和取数据可以同时进行。

很适合将指令放在片内FLASH，将数据放在片内SRAM的MCU结构。

在ARM7的3级流水线之上增加了分支预测。

减少了程序跳转时流水线被打断的时间消耗。

ALU支持硬件乘法和硬件除法。

数学计算能力增强。

单周期32位乘法。

Bit-Band技术：简单地说，就是增强了位操作性能。

SRAM中有专门的Bit-Band区域，可以按位进行寻址（使用别名地址）。

而且，这样的位操作是原子操作。

这在实现互斥功能时有用。

一些DSP运算专用的位操作指令，比如bit翻转。

节省存储器使用量的技术：位寻址是可以节省bool型变量的存储器使用的。

ARM7的short变量要16位对齐、int变量要32位对齐。

Cortex-M3不用对齐。

这个问题，一般看法是，对齐可以简化设计。

个人认为这个好处有限。

指令集的优化。

现在叫Thumb-2了。

ARM7有两种指令集：ARM和Thumb，两种指令模式可以切换。

个人感觉比较怪。

处理器模式的简化：我们知道ARM7有很多种处理器模式，目的主要应该是支持复杂的操作系统。

Cortex-M3的处理器模式现在有两个：Thread模式和handler模式。

Thread模式相当于用户模式了，有两种访问方式：有特权方式和无特权方式。

结构区别：ARM7是个纯内核，中断控制器和存储器接口是芯片厂家扩展的。

chapterI 介绍ARMv7 A:用于高性能的“开放应用平台”——越发接近电脑R:用于高端嵌入式系统，尤其是那些带有实时要求的——既要快又要实时M:用于深度嵌入的、单片机风格的系统中Chapter II CORTEX-M3概览哈佛结构拥有独立的指令总线和数据总线，但这两条总线共享一个存储器空间CM3拥有R0~R15的寄存器组，其中R13作为堆栈指针SP。

SP有两个，但在同一时刻只能看到一个，这就是所谓的"banked"寄存器。

1.R0~R12是32位通用寄存器，用于数据操作。

！！：绝大多数16位的thumb指令只能访问R0~R7，而32位的thumb指令可以访问全部寄存器。

2.banked R13：两个堆栈指针主堆栈指针（MSP）：复位后默认使用进程堆栈指针（PSP）:由用户的应用程序代码使用堆栈指针的最低两位永远是0，这意味着堆栈总是4字节对齐的。

实际上，R13的最低两位被硬线连接到0。

3.R14：连接寄存器：当调用一个子程序时，由R14存储返回地址4.R15：程序计数寄存器：只向当前程序地址5.特殊功能寄存器：程序状态子寄存器组（PSR）中断屏蔽寄存器组（primask，faultmask，besepri）控制寄存器（control）还支持两级特权操作：特权级和用户级在CM3运行主应用程序时（thread mode），既可以使用用户特权级，也可以使用用户级；但是异常服务例程必须在特权级下执行。

复位后，默认进入thread mode，特权级访问。

在特权级下，程序可以访问所有范围的存储器（如果有MPU，则必须在MPU规定范围之外），并且可以执行所有指令。

一旦进入用户级，想要进入特权级必须：执行一条系统调用指令（SVC），这会出发SVC异常，然后由异常服务例程接管，如果批准进入，则异常服务例程修改control寄存器，才能在用户级的thread mode 下重新进入特权级。

ARM Cortex-M3 学习笔记(5)最近在学ARM Cortex-M3，找了本号称很经典的书An Definitive Guide to The ARM Cortex-M3 在看。

这个系列学习笔记其实就是在学习这本书的过程中做的读书笔记。

第五章存储器系统地址空间分配对比更早版本的ARM 内核，Cortex-M3 的地址空间分配相对来说是固定的。

尤其是内部的私有外设，地址分配是固定不变的。

这为软件移植提供很大的方便。

图1 Cortex-M3 地址空间分配片内SRAM 地址空间和片内外设地址空间中各有1MB 是所谓的位带区。

这个区数据可以按位访问。

外部SRAM 和外部外设地址空间中没有位带区。

RAM 地址空间与外设地址空间最大的区别是RAM 地址空间中的存储的数据是可以作为程序代码运行的，而外设地址空间中的数据却不能运行。

当然，程序最好还是放到片内的代码区，因为对这个区域的访问有专用的总线，因此读取程序代码与读取RAM 区的数据可以同时进行，效率最高。

Bit-Band 操作在0x20000000 和0x40000000 地址处开始的1MB 空间被称为bit-band region。

这个区域内的数据的每一位都被映射了到了一个32 位宽的word 的最低一位，被映射到的地址空间称为bit-band alias address range。

比如说，0x20000000 对应字节第0 位映射到了0x22000000 的第0 位。

0x20000000 的第1 位映射到了0x22000004 的第0 位，其他的以此类推。

这样，读取0x22000004 就相当于读取0x20000000 的第1 位。

写0x22000004 的第0 位就相当于写0x20000000 的第1 位。

对bit-band aliasaddress range 中数据的读写都是原子操作。