基于ARM的微机原理-Cortex-M3处理器

Posted 2022-12-06 无乎648

基于ARM的微机原理-Cortex-M3处理器

Cortex-M3处理器由以下组件整合

• 处理器内核
• 嵌套向量中断控制器（NVIC）
• 存储器保护单元（MPU）
• 总线接口
• 低成本调试解决方案
  

工作模式和工作等级

两种模式：

• 处理程序模式：出现异常时处理器进入处理模式
• 线程程序模式：在复位时处理进入线程模式，异常返回时进入线程模式

两种等级

• 用户级
• 特权级
  

特权执行可以访问所有资源。
非特权对有些资源的访问受到限制或不允许访问。如部分指令(设置FAULTMASK和PRIMASK的CPS指令)对系统控制空间(SCS)的大部分寄存器的访问。

访问级别: 特权级和用户级
出于安全考虑，防止意外、恶意访问破坏重要数据。
工作模式:处理模式和线程模式
分别用于处理异常和普通程序
工作状态:Thumb状态和调试状态
Thumb状态:16位和32位“半字对齐”的Thumb和Thumb-2指令的执行状态。调试状态:处理器停止并进行调试的状态。
对于ARM体系架构的来说:
微处理器有两种工作状态:

• ARM工作状态
• Thumb工作状态

Thumb指令集是添加到ARM的标准RISC指令集之上的独立指令集;
Thumb指令集包括了基本的加法、减法、循环移位以及跳转等大约36条16位指令;
Thumb指令集作为ARM指令集的压缩方案，简洁、有效，应用广泛并得到很好的支持，通过Thumb指令替换ARM指令，可以将某些代码的规模减小大约9672220%到30%。
但是，有限的Thumb指令仅对基本的算术和逻辑操作有用:

• Thumb状态下，处理器将仅可使用有限数量的寄存器，R8-R12的使用受到限制，
• 无法完成诸如处理中断、长跳转、原子存储器(atomicmemory)操作，或协处理器操作等等复杂任务，
• 也无法像ARM模式那样进行条件执行和移位或循环移位等操作。

Thumb代码和标准ARM代码不能混杂使用，必须显式地在两种工作状态间进行切换，这迫使程序员必须将所有的16位代码与32位代码分开并隔离到独立的模块中。
对于ARM体系架构的来说（续）:
其次，两种工作状态之间来回切换需要消耗时间，导致代码运行速度降低大约15%，不仅要增加代码，而且还需要几十个前导(preamble)以及后同步指令(postamble)来组织指针并清空CPU的流水线。
虽然Thumb指令能够实现较高密度的代码，缓存使用效率更高，但实现ARM指令代码的功能往往需要较多的Thumb指令代码，相比较而言，ARM指令使用起来更灵活。

Thumb-2

• Thumb-2并不是Thumb的升级
• 它是另起炉灶，继承并集成了传统的Thumb指令集和ARM指令集的各首优点，可以完全代替Thumb和原先的ARM指令集，
• 是Thumb指令集和ARM指令集的一个超集。
• Thumb-2指令集体系架构，无需处理器进行工作状态的显示切换，就可运行16位写32位混合代码。
• 与ARM体系架构相比，速度提高大约15%到20%。

Cortex-M3处理器使用的指令集是Thumb-2指令集的子集，它的（指令)工作状态只有一个，那就是Thumb-2状态。

Cortex-M3处理器的两种工作状态:

• Thumb-2状态
• 调试状态
  按照指令的长度分类，Thumb-2指令集可分为两种:
  (1)16-bit指令集;
  (2）32-bit指令集。