文档介绍：第零章绪论
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作为Cortex系列的处女作,为了让32位处理器坐庄单片机市场,CM3轰轰烈烈的诞生了!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跑得很快。嵌入式处理器市场正在32位化,相信用不了多久,CM3就一定会在这美丽新世界中脱颖而出,比当年8051推动整个业界还有过之而无不及,再次放飞工程师的梦想,e true的激动!
完整的基于CM3内核的MCU还需要很多其它组件。芯片制造商得到CM3内核的使用授权后,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/0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。
Thumb-2真不愧是一个突破性的指令集。它强大、易用、轻佻、高效。Thumb-2是16位Thumb指令集的一个超集,在Thumb-2中,16位指令首次与32位指令并存,结果在Thumb状态下可以做的事情一下子丰富了许多,同样工作需要的指令周期数也明显下降。
Cortex-M3处理器的舞台
●低成本单片机
●汽车电子
●数据通信
●工业控制
●消费类产品
Cortex-M3概览
最淡的墨水也胜于最强的记忆
CM3是一个32位处理器内核,内部数据路径是32位,寄存器是32位,存储器接口也是32位。CM3采用哈佛结构,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。为了实现这个特性,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,并且可以并行工作。但是,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)。也就是说,不是因为有两条总线,可寻址空间就变成了8G。
比较复杂的应用可能需要更多的存储系统功能,为此CM3提供了一个可选的MPU(存储器保护单元),而且在需要的情况下也可以使用外部的cache。另外在CM3中,小端模式和大端模式都是支持的。
寄存器组
●R0-R12:通用寄存器
绝大多数16位Thumb指令只能访问R0-R7,而32位Thumb-2指令可以访问所有寄存器。
●Banked R13:两个堆栈指针
CM3拥有两个堆栈指针,然而是banked(应该是堆积、组合的意思),因此任意时刻只能使用其中的一个。
①主堆栈指针(MSP):复位后默认使用的堆栈指针,用于操作系统内核以及异常处理例程(包括中断服务例程)。
②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。
在ARM编程领域中,凡是打断程序顺序执行的事件,都被称为异常(exception),如外部中断、或者当有指令执行了“非法操作”、或者访问被禁的内存空间,因各种错误产生的fault、或者不可屏蔽的中断。在不严格的上下文中,异常与中断也可以混用。另外,程序代码也可以主动请求进入异常状态(常用于系统调用)。
●R14:连接寄存器(LR)
●R15:程序计数器(PC)
●特殊功能寄存器
CM3在内核水平上搭载了若干特殊功能寄存器,包括:
①程序状态字寄存器组(PSR)
②中断屏蔽寄存器组(PRIMASK,FAULTMASK,BASEPRI)
③控制寄存器(CONTROL)
操作模式和特权级别
Cortex-M3处理器支持两种处理器的操作模式,还支持两级特权操作。
两种操作模式分别为处理者模式(handler mode)和线程模式(thread mode)。
引入两种模式的本意,是用于区别普通应用程序的代码和异常服务例程的代码-包括中断服务例程的代码。
两级特权操作分别为特权级和用户级。
这可以提供存储器访问的保护机制,使得普通用户的程序代码不能意外地,甚至是恶意地执行涉及要害的操作。处理器支持两种特权级,这也是一个基本的安全模型。
特权级用户级
Handler模式
错误的用法
线程模式
线程模式
异常handler的代码
主应用程序的代码
Cortex-M3下的操作模式和特权级别
在CM3运行主应用程序时(线程模式),既可以使用特权级,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,处理器默认进入线程模式,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,还要在MPU规定的禁地之外),并且可以执行所有指令。
在特权级下的程序可以为所欲为,但也可能把子集给玩进去——切换到用户级。一旦进入用户级,再想回来就得走“法律程序”了——用户级的程序不能简单地试图改写CONTROL寄存器就回到特权级