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Cortex-M處理器
Cortex-M是愛特梅爾公司發(fā)布的全新Atmel SAM D20微控制器，采用的是是全球微控制器標(biāo)準(zhǔn)。
Cortex-M 處理器家族
Cortex-M處理器家族更多的集中在低性能端，但是這些處理器相比于許多微控制器使用的傳統(tǒng)處理器性能仍然很強(qiáng)大。例如，Cortex-M4和Cortex-M7處理器應(yīng)用在許多高性能的微控制器產(chǎn)品中，最大的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到400Mhz。
當(dāng)然，性能不是選擇處理器的唯一指標(biāo)。在許多應(yīng)用中，低功耗和成本是關(guān)鍵的選擇指標(biāo)。因此，Cortex-M處理器家族包含各種產(chǎn)品來滿足不同的需求：
Cortex-M系列處理器的共同特性
Cortex-M0， M0+， M3， M4 and M7之間有很多的相似之處，例如：
- 基本編程模型
- 嵌套向量中斷控制器（NVIC）的中斷響應(yīng)管理
- 架構(gòu)設(shè)計(jì)的休眠模式：睡眠模式和深度睡眠模式
- 操作系統(tǒng)支持特性
- 調(diào)試功能
- 易用性
例如，嵌套向量中斷控制器是內(nèi)置的中斷控制器
支持許多外圍設(shè)備的中斷輸入，一個(gè)不可屏蔽的中斷請求，一個(gè)來自內(nèi)置時(shí)鐘（SysTick）的中斷請求和一定數(shù)量的系統(tǒng)異常請求。NVIC處理這些中斷和異常的優(yōu)先級(jí)和屏蔽管理。
NVIC以及異常處理模型的更多的內(nèi)容在章節(jié)3.2描述。其他Cortex-M處理器間的異同點(diǎn)會(huì)在本文的其余部分講解。
Cortex-M系列處理器架構(gòu)特性
1、編程模型
Cortex-M處理器家族的編程模型是高度一致的。例如所有的Crotex-M處理器都支持R0到R15，PSR， CONTROL 和 PRIMASK。兩個(gè)特殊的寄存器— FAULTMASK 和 BASEPRI—只有Cortex-M3， Cortex-M4， Cortex-M7 和 Cortex-M33支持；浮點(diǎn)寄存器組和FPSCR（浮點(diǎn)狀態(tài)和控制寄存器）寄存器，是Cortex-M4/M7/M33可選的浮點(diǎn)運(yùn)算單元使用的。
圖 5： 編程模型
BASEPRI寄存器允許程序阻止指定優(yōu)先級(jí)或者低的優(yōu)先級(jí)中斷和異常。對(duì)ARMv7-M來說這是很重要的，因?yàn)镃ortex-M3， Cortex-M4， Cortex-M7 和 Cortex-M33有大量的優(yōu)先級(jí)等級(jí)，而ARMv6-M 和 ARMv8-M Baseline只有有限的4個(gè)優(yōu)先等級(jí)。FAULTMASK通常用在復(fù)雜的錯(cuò)誤處理上（查看章節(jié)3.4）
非特權(quán)級(jí)別的實(shí)現(xiàn)對(duì)ARMv6-M處理器是可選的，對(duì)ARMv7-M 和ARMv8-M處理器一直支持的。對(duì)Cortex-M0+處理器，它是可選的， Cortex-M0 and Cortex-M1不支持這個(gè)功能。這意味著在各種Cortex-M處理器的CONTROL 寄存器是稍微不同的。FPU的配置也會(huì)影響到CONTROL寄存器，如圖6所示。
圖 6： CONTROL 寄存器
另外一個(gè)編程模型之間的不同是PSR寄存器（程序狀態(tài)寄存器）的細(xì)節(jié)。所有的Cortex-M處理器，PSR寄存器都被再分成應(yīng)用程序狀態(tài)寄存器（APSR），執(zhí)行程序狀態(tài)寄存器（EPSR）和中斷程序狀態(tài)寄存器（IPSR）。 ARMv6-M 和 ARMv8-M Baseline系列的處理器不支持APSR的Q位和EPSR的ICI/IT位。ARMv7E-M系列 （ Cortex-M4， Cortex-M7） 和ARMv8-M Mainline （配置了DSP擴(kuò)展的Cortex-M33 ）支持GE位。另外，ARMv6-M系列處理器IPSR的中斷號(hào)數(shù)字范圍很小，如圖7所示。
圖 7： PSR 差異
請注意Cortex-M的編程模型和ARM7TDMI等這些經(jīng)典的ARM處理器是不一樣的。除了寄存器組不同外，經(jīng)典ARM處理器中“模式”和“狀態(tài)”的定義與Cortex-M中的也是不同的。Cortex-M只有兩個(gè)模式：線程模式（Thread）和管理者模式（Handler），并且Cortex-M處理器一直運(yùn)行在Thumb狀態(tài)（不支持ARM指令）。
2、異常處理模型和嵌套向量中斷控制器NVIC
所有的Cortex-M處理器都包含了NVIC模塊，采用同樣的異常處理模型。如果一個(gè)異常中斷發(fā)生，它的優(yōu)先等級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行等級(jí)，并且沒有被任何的中斷屏蔽寄存器屏蔽，處理器會(huì)響應(yīng)這個(gè)中斷/異常，把某些寄存器入棧到當(dāng)前的堆棧上。這種堆棧機(jī)制下，中斷處理程序可以編寫為一個(gè)普通的C函數(shù)，許多小的中斷處理函數(shù)可以立即直接響應(yīng)工作而不需要額外的堆棧處理花銷。
一些ARMv7-M/ARMv8-M Mainline系列的處理器使用的中斷和系統(tǒng)異常并不被ARMv6-M/ARMv8-M Baseline的產(chǎn)品支持，如圖8. 例如，Cortex-M0， M0+ 和M1的中斷數(shù)被限制在32個(gè)以下，沒有調(diào)試監(jiān)測異常，錯(cuò)誤異常也只限于HardFault（錯(cuò)誤處理細(xì)節(jié)請參看章節(jié)3.4）。相比之下，Cortex-M23， Cortex-M3， Cortex-M4 和Cortex-M7處理器可以支持到多達(dá)240個(gè)外圍設(shè)備中斷。Cortex-M33支持最多480個(gè)中斷。
另外一個(gè)區(qū)別是可以使用的優(yōu)先等級(jí)數(shù)量：
ARMv6-M 架構(gòu) - ARMv6-M支持2級(jí)固定的（NMI 和 HardFault）和4級(jí)可編程的（由每個(gè)優(yōu)先等級(jí)寄存器的兩個(gè)位表示）中斷/異常優(yōu)先級(jí)。這對(duì)大多數(shù)的微控制器應(yīng)用來說足夠了。
ARMv7-M 架構(gòu) - ARMv7-M系列處理器的可編程優(yōu)先級(jí)等級(jí)數(shù)范圍，根據(jù)面積的限制，可以配置成8級(jí)（3位）到256級(jí)（8位）。ARMv7-M處理器還有一個(gè)叫做中斷優(yōu)先級(jí)分組的功能，可以把中斷優(yōu)先級(jí)寄存器再進(jìn)一步分為組優(yōu)先級(jí)和子優(yōu)先級(jí)，這樣可以詳細(xì)地制定搶占式優(yōu)先級(jí)的行為。
ARMv8-M Baseline – 類似 ARMv6-M，M23也有2位的優(yōu)先級(jí)等級(jí)寄存器。借助可選的TrustZone安全擴(kuò)展組件，安全軟件可以把非安全環(huán)境中的中斷的優(yōu)先等級(jí)轉(zhuǎn)換到優(yōu)先等級(jí)區(qū)間的下半?yún)^(qū)，這就保證了安全環(huán)境中的某些中斷/異常總是比非安全環(huán)境中的優(yōu)先級(jí)要高。
ARMv8-M Mainline – 類似于 ARMv7-M。 可以支持8到256個(gè)中斷優(yōu)先等級(jí)和中斷優(yōu)先級(jí)分組。還支持ARMv8-M Baseline具有的優(yōu)先等級(jí)調(diào)整功能。
圖 8： Cortex-M 處理器異常中斷類型
所有的Cortex-M處理器在異常處理是都要依靠向量表。向量表保存著異常處理函數(shù)的起始地址（如圖8所示）。向量表的起始地址由名為向量表偏移寄存器（VTOR）決定。
· Cortex-M0+， Cortex-M3 and Cortex-M4 processors： by default the vector table is located in the starting of the memory map （address 0x0）。 Cortex-M0+， Cortex-M3 and Cortex-M4： 向量表默認(rèn)放在存儲(chǔ)空間的起始地址（地址 0x0）。
· In Cortex-M7， Cortex-M23 and Cortex-M33 processors： the default value for VTOR is defined by chip designers. Cortex-M23 and Cortex-M33 processors can have two separated vector tables for Secure and Non-secure exceptions/interrupts. Cortex-M7， Cortex-M23 and Cortex-M33：VTOR的初始值由芯片設(shè)計(jì)者定義。Cortex-M23 and Cortex-M33處理器面向安全和非安全的異常/中斷有兩個(gè)獨(dú)立的向量表。
· Cortex-M0 and Cortex-M1 does not implement programmable VTOR and vector table starting address is always 0x00000000. Cortex-M0 and Cortex-M1沒有實(shí)現(xiàn)可編程的VTOR，向量表起始地址一直為0x00000000。
Cortex-M0+ 和 Cortex-M23處理器的VTOR是可選項(xiàng)。如果VTOR被實(shí)現(xiàn)了，向量表的起始地址可以通過設(shè)置VTOR來改變，這個(gè)功能對(duì)下列情況有用：
· 重定位向量表到SRAM來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)改變異常處理函數(shù)入口點(diǎn)
· 重定位向量表到SRAM來實(shí)現(xiàn)更快的向量讀取（如果flash存儲(chǔ)器很慢）
· 重定位向量表到ROM不同位置（或者Flash），不同的程序運(yùn)行階段可以有不同的異常處理程序
不同的Cortex-M處理器之間的NVIC編程模型也有額外的不同。差異點(diǎn)總結(jié)在表 5中：
表 5： NVIC 編程模型和特性差異
大部分情況下，對(duì)NVIC的中斷控制特性的操作都是通過CMSIS-CORE提供的APIs處理的，他們在微控制器廠商提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序庫里。對(duì)Cortex-M3/M4/M7/M23/M33處理器，即使中斷被使能了，它的優(yōu)先級(jí)也可以被改變。ARMv6-M處理器不支持動(dòng)態(tài)優(yōu)先等級(jí)調(diào)整，當(dāng)你需要改變中斷優(yōu)先等級(jí)是，需要暫時(shí)的關(guān)掉這個(gè)中斷。
3、操作系統(tǒng)支持特性
Cortex-M處理器架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了操作系統(tǒng)的支持。針對(duì)操作系統(tǒng)的特性有：
影子堆棧指針
系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用（SVC）和可掛起系統(tǒng)調(diào)用（PenSV）異常
SysTick – 24位遞減計(jì)時(shí)器，為操作系統(tǒng)的計(jì)時(shí)和任務(wù)管理產(chǎn)生周期性的異常中斷
Cortex-M0+/M3/M4/M7/M23/M33支持的非特權(quán)執(zhí)行和存儲(chǔ)保護(hù)單元（MPU）
系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用（SVC）異常由SVC指令觸發(fā)，他可以讓運(yùn)行在非特權(quán)狀態(tài)的應(yīng)用任務(wù)啟動(dòng)特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)服務(wù)?？蓲炱鹣到y(tǒng)調(diào)用異常在操作系統(tǒng)中像上下文切換這樣的非關(guān)鍵操作的調(diào)度非常有幫助。
為了能把Cortex-M1放到很小的FPGA器件中，所有用來支持操作系統(tǒng)的特性對(duì)Cortex-M1都是可選的。對(duì)Cortex-M0， Cortex-M0+ 和Cortex-M23處理器，系統(tǒng)時(shí)鐘SysTick是可選的。
通常，所有的Cortex-M處理器都支持操作系統(tǒng)。執(zhí)行在Cortex-M0+， Cortex-M3， Cortex-M4， Cortex-M7， Cortex-M23 和 Cortex-M33的應(yīng)用可以運(yùn)行在非特權(quán)運(yùn)行狀態(tài)，并且可以同時(shí)利用可選的存儲(chǔ)器管理單元（MPU）以避免內(nèi)存非法訪問。這可以增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。
4、TrustZone安全擴(kuò)展
近幾年來， 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）成為了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者們的熱門話題。IoT系統(tǒng)產(chǎn)品變得更加復(fù)雜，上市時(shí)間的壓力也與日俱增。嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品需要更好的方案來保證系統(tǒng)的安全，但是同時(shí)又要方便軟件開發(fā)者開發(fā)。傳統(tǒng)的方案是通過把軟件分成特權(quán)和非特權(quán)兩部分解決的，特權(quán)級(jí)軟件利用MPU防止非特權(quán)的應(yīng)用訪問包含安全敏感信息在內(nèi)的的關(guān)鍵的系統(tǒng)資源。這種方案對(duì)一些IoT系統(tǒng)非常適合，但是在一些情況下，只有兩層劃分是不夠的。特別是那些包含很多復(fù)雜特權(quán)級(jí)別的軟件組件的系統(tǒng)，特權(quán)級(jí)的代碼的一個(gè)缺陷就可以導(dǎo)致黑客徹底的控制這個(gè)系統(tǒng)
ARMv8-M架構(gòu)包含了一個(gè)叫做TrustZone的安全擴(kuò)展，TrustZone導(dǎo)入了安全和非安全狀態(tài)的正交劃分。
普通應(yīng)用是非安全態(tài)
軟件組件和安全相關(guān)的資源（例如，安全存儲(chǔ)，加密加速器，正隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG））處在安全狀態(tài)。
圖 9： 安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)的隔離
非安全狀態(tài)的軟件只能訪問非安全狀態(tài)的存儲(chǔ)空間和外圍設(shè)備，安全軟件可以訪問兩種狀態(tài)下的所有資源。
用這種方案，軟件開發(fā)者可以用以往的方式開發(fā)非安全環(huán)境下的應(yīng)用程序。同時(shí)，他們可以借助芯片廠商提供的安全通訊軟件庫執(zhí)行安全物聯(lián)網(wǎng)連接。并且即使運(yùn)行在非安全環(huán)境的特權(quán)級(jí)的程序有漏洞，TrustZone安全機(jī)制可以阻止黑客控制整個(gè)設(shè)備，限制了攻擊的影響，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程恢復(fù)。此外，ARMv8-M架構(gòu)也引入了堆棧邊界檢查和增強(qiáng)的MPU設(shè)計(jì)，促使額外安全措施的采用。
安全架構(gòu)定義也擴(kuò)展到了系統(tǒng)級(jí)別，每個(gè)中斷都可以被設(shè)置為安全或者非安全屬性。中斷異常處理程序也會(huì)自動(dòng)保存和恢復(fù)安全環(huán)境中的寄存器數(shù)據(jù)以防止安全信息泄露。所以，TrustZone安全擴(kuò)展讓系統(tǒng)能夠支持實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需求，為IoT應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的安全基礎(chǔ)，并且容易讓軟件開發(fā)在此技術(shù)上開發(fā)應(yīng)用程序。
TrustZone模塊對(duì)Cortex-M23 and Cortex-M33處理器是可選的。關(guān)于ARMv8-M TrustZone更多的信息請查找The Next Steps in the Evolution of Embedded Processors for the Smart Connected Era。更多的TrustZone的資源請查看community.arm.com網(wǎng)站上的“TrustZone for ARMv8-M Community”
系統(tǒng)特性
1、低功耗
低功耗是Cortex-M處理器的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)。低功耗是其架構(gòu)的組成部分：
? WFI和WFE指令
? 架構(gòu)級(jí)的休眠模式定義
此外，Cortex-M支持許多其他的低功耗特性：
? 休眠和深度休眠模式：架構(gòu)級(jí)支持的特性，通過設(shè)備特定的功耗管理寄存器可以進(jìn)一步擴(kuò)展。
? Sleep-on-exit模式：中斷驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用的低功耗技術(shù)。開啟設(shè)置后，當(dāng)異常處理程序結(jié)束并且沒有其他等待處理的異常中斷時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入到休眠模式。這樣避免了額外的線程模式中指令的執(zhí)行從而省電，并且減少了不必要的堆棧讀寫操作。
? 喚醒中斷控制器（WIC）：一個(gè)可選的特性，在特定的低功耗狀態(tài)，由一個(gè)獨(dú)立于處理器的小模塊偵測中斷情況。例如，在狀態(tài)保留功耗管理（SRPG）設(shè)計(jì)中，當(dāng)處理器被關(guān)電的設(shè)計(jì)。
? 時(shí)鐘關(guān)閉和架構(gòu)級(jí)時(shí)鐘關(guān)閉：通過關(guān)閉處理器的寄存器或者子模塊的時(shí)鐘輸入來省電
所有這些特性都被Cortex-M0， Cortex-M0+， Cortex-M3， Cortex-M4， Cortex-M7， Cortex-M23 和 Cortex-M33支持。此外，各種低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)被用來降低處理器功耗。
因?yàn)楦俚碾娐?，Cortex-M0 and Cortex-M0+處理器比Cortex-M3， Cortex-M4 和 Cortex-M7功耗低。此外，Cortex-M0+額外優(yōu)化減少了程序存取（例如跳轉(zhuǎn)備份）來保持系統(tǒng)層級(jí)的低功耗。
Cortex-M23沒有Cortex-M0和 Cortex-M0+那么小，但是在相同的配置下，仍然和Cortex-M0+能效一樣。
由于更好性能和低功耗優(yōu)化，在相同配置下，Cortex-M33比Cortex-M4能效比更好。
2、 Bit-band feature位段
Cortex-M3 和Cortex-M4處理器支持一個(gè)叫做位段的可選功能，允許有兩段通過位段別名地址實(shí)現(xiàn)可以位尋址的1MB的地址空間（一段在從地址0×20000000起始的SRAM空間。另一段是從地址0×40000000起始的外圍設(shè)備空間）。Cortex-M0， M0+ 和 Cortex-M1不支持位段（bit-band）功能，但是可以利用ARM Cortex-M系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件（CMSDK）中的總線級(jí)組件在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)位段（bit-band）功能。Cortex-M7不支持位段（bit-band），因?yàn)镸7的Cache功能不能與位段一塊使用（Cache控制器不知道內(nèi)存空間的別名地址）。
ARMv8-M的TrustZone 不支持位段，這是由于位段別名需要的兩個(gè)不同的地址可能會(huì)在不同的安全域中。對(duì)于這些系統(tǒng)，外圍設(shè)備數(shù)據(jù)的位操作反而可以在外圍設(shè)備層面處理（例如，通過添加位設(shè)置和清除寄存器）。
3、存儲(chǔ)器保護(hù)單元（MPU）
除了Cortex-M0， 其他的Cortex-M處理器都有可選的MPU來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間訪問權(quán)限和存儲(chǔ)空間屬性或者存儲(chǔ)區(qū)間的定義。運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，操作系統(tǒng)會(huì)每個(gè)任務(wù)定義存儲(chǔ)空間訪問權(quán)限和內(nèi)存空間配置來保證每個(gè)任務(wù)都不會(huì)破壞其他的任務(wù)或者操作系統(tǒng)內(nèi)核的地址空間。Cortex-M0+， Cortex-M3 和 Cortex-M4都有8個(gè)可編程區(qū)域空間和非常相似的編程模型。主要的區(qū)別是Cortex-M3/M4的MPU允許兩級(jí)的存儲(chǔ)空間屬性（例如，系統(tǒng)級(jí)cache類型），Cortex-M0+僅支持一級(jí)。Cortex-M7的MPU可以配置成支持8個(gè)或者16個(gè)區(qū)域，兩級(jí)的存儲(chǔ)空間屬性。Cortex-M0 和 Cortex-M1不支持MPU.
Cortex-M23 和 Cortex-M33也支持MPU選項(xiàng)，如果實(shí)現(xiàn)了TrustZone安全擴(kuò)展（一個(gè)用于安全軟件程序，另一個(gè)用于非安全軟件程序）可以有最多兩個(gè)MPU。
4、單周期I/O接口
單周期I/O接口是Cortex-M0+處理器獨(dú)特的功能，這使Cortex-M0+可以很快的運(yùn)行I/O控制任務(wù)。Cortex-M大多數(shù)的處理器的總線接口是基于AHB Lite或者AHB 5協(xié)議的，這些接口都是流水實(shí)現(xiàn)總線協(xié)議，運(yùn)行在高時(shí)鐘頻率。但是，這意味著每個(gè)傳輸需要兩個(gè)時(shí)鐘周期。單時(shí)鐘周期I/O接口添加了額外的簡單的非流水線總線接口，連接到像GPIO（通用輸入輸出）這樣的一部分設(shè)備特定的外設(shè)上。結(jié)合單周期I/O和Cortex-M0+天然比較低的跳轉(zhuǎn)代價(jià)（只有兩級(jí)流水線），許多I/O控制操作都會(huì)比大多數(shù)其他微控制器架構(gòu)的產(chǎn)品運(yùn)行的更快。
調(diào)試和跟蹤特性
不同Cortex-M處理器之間有若干區(qū)別。總結(jié)在表9中。
Cortex-M處理器的調(diào)試架構(gòu)是基于ARM CoreSight調(diào)試架構(gòu)設(shè)計(jì)的，它是個(gè)非常容易擴(kuò)展的架構(gòu)，支持多處理器系統(tǒng)。
表9列出的是典型設(shè)計(jì)需要考慮的。在CoreSight架構(gòu)下，調(diào)試接口和跟蹤接口模塊是和處理器分離的。因此你采用的設(shè)備的調(diào)試和跟蹤連接和表9的可能不一樣。也可能通過添加一些額外的CoreSight調(diào)試組件來增加一些調(diào)試特性。
6.2 Debug connections調(diào)試接口
調(diào)試接口可以讓調(diào)試者實(shí)現(xiàn)
- 訪問控制調(diào)試和跟蹤特性的寄存器。
- 訪問內(nèi)存空間。對(duì)Cortex-M系列處理器，及時(shí)當(dāng)處理器運(yùn)行時(shí)也可以執(zhí)行內(nèi)存空間訪問。這被稱作實(shí)時(shí)內(nèi)存訪問。
- 訪問處理器核心寄存器。這只能當(dāng)處理器停止的時(shí)候才可以操作。
- 訪問Cortex-M0處理器中微跟蹤緩存（MTB）生成的跟蹤歷史記錄。
另外，調(diào)試接口也會(huì)用作：
- Flash 編程
Cortex-M系列處理器可以選擇傳統(tǒng)的4到5個(gè)引腳（TDI， TDO， TCK， TMS 和可選的 nTRST）的JTAG接口，或者選擇新的只需要兩個(gè)引腳的串行調(diào)試協(xié)議接口，串行調(diào)試接口對(duì)有限數(shù)目引腳的設(shè)備是非常適合的。
串行線調(diào)試協(xié)議接口可以處理JTAG支持的所有特性，支持奇偶校驗(yàn)。串行調(diào)試協(xié)議被ARM工具廠商廣泛的采用，許多調(diào)試適配器兩種協(xié)議都支持，串行線型號(hào)共享調(diào)試接口上TCK和TMS針腳。
6.3 跟蹤接口
跟蹤接口讓調(diào)試者可以在程序執(zhí)行時(shí)實(shí)時(shí)的（很小的延時(shí)）收集程序運(yùn)行的信息。收集的信息可以是Cortex-M3/M4/M7/M33支持的嵌入式跟蹤單元（ETM）生成的程序指令流信息（指令跟蹤），可以是數(shù)據(jù)跟蹤單元（DWT）生成的數(shù)據(jù)/事件/性能分析信息，或者是軟件控制數(shù)據(jù)跟蹤單元（ITM）生成的信息。
有兩種類型的跟蹤接口可用：
- 跟蹤端口（Trace port）–多個(gè)數(shù)據(jù)線加上時(shí)鐘信號(hào)線。比SWV有更高的跟蹤帶寬，可以支持SWV的所有跟蹤類型加上指令跟蹤。Cortex-M3/M4/M7或者 Cortex-M33的設(shè)備上，跟蹤端口通常有4個(gè)數(shù)據(jù)線和一個(gè)時(shí)鐘線。（圖11）
- 串行監(jiān)視器（SWV）–單引腳線跟蹤接口，可以選擇性的支持?jǐn)?shù)據(jù)跟蹤，事件跟蹤，性能分析和測量跟蹤。（圖 12）
跟蹤接口提供了在處理器運(yùn)行的時(shí)候獲取大量有用信息的能力。例如嵌入式跟蹤單元（ETM）可以獲取指令運(yùn)行歷史記錄，數(shù)據(jù)跟蹤單元（ITM）讓軟件產(chǎn)生消息（例如，通過printf）并利用Trace接口獲取。另外，Cortex-M3/M4/M7/M33支持?jǐn)?shù)據(jù)跟蹤單元（DWT）模塊。
- 可選的數(shù)據(jù)跟蹤：內(nèi)存地址的信息（例如，地址，數(shù)據(jù)和時(shí)間戳的組合）可以在處理器訪問這個(gè)地址的時(shí)候采集
- 性能分析跟蹤：CPU在不同操作任務(wù)使用的時(shí)鐘周期數(shù)（例如，內(nèi)存訪問，休眠）
- 事件跟蹤：提供服務(wù)器響應(yīng)的中斷/異常的運(yùn)行時(shí)間和歷史
這些跟蹤特性被各種工具廠商廣泛采用，采集的信息也被以各種方式直觀的展現(xiàn)出來。例如DWT獲取的數(shù)據(jù)可以在Keil μVision調(diào)試器中以波形的方式展現(xiàn)出來（Keil微控制器開發(fā)工具的一部分）如圖 13所示。
雖然Cortex-M0 和 Cortex-M0+不支持跟蹤接口，Cortex-M0+支持叫做微跟蹤緩存的特性（MTB，圖14）。MTB讓用戶分配一小塊系統(tǒng)SRAM作為存儲(chǔ)指令的緩存，通常設(shè)置為循環(huán)緩存，這樣可以抓取最新的指令執(zhí)行歷史并在調(diào)試器上顯示出來。
這個(gè)MTB跟蹤特性也被Cortex-M23 and Cortex-M33支持。
總結(jié)
性能，特性和芯片面積，功耗之間總是需要平衡。為此，ARM開發(fā)了各種Cortex-M處理器，擁有不同級(jí)別的指令集特性，性能，系統(tǒng)和調(diào)試特性。本文介紹了Cortex-M處理器家族各種異同。
雖然存在這差別，但架構(gòu)的一致性和CMSIS-CORE標(biāo)準(zhǔn)化的APIs都讓Cortex-M系列處理器軟件有更好的移植性和可重用性。同時(shí)，Cortex-M系列處理器非常方便使用。因此，Cortex-M系列處理器很快成為微控制器市場的最受歡迎的32位處理器架構(gòu)。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論