Cortex-M4 处理器

ARM Cortex-M4 规范

Cortex-M4 信号处理技术

Cortex-M4 处理器具有大量高效的信号处理功能，可满足数字信号控制市场的需要。Cortex-M4 处理器采用扩展单周期乘法累加 (MAC) 指令、优化的 SIMD 算术、饱和算术指令以及一个可选的单精度浮点单元 (FPU)。这些功能以表现 ARM Cortex-M 系列处理器特征的创新技术为基础。

ARM Cortex-M 微控制器技术

每个 Cortex-M 系列处理器都具有特定优点，它们全部采用基本技术，这些技术使得 Cortex-M 处理器适用于广泛的嵌入式应用程序。

CMSIS

ARM Cortex 微控制器软件接口标准 (CMSIS) 是 Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的硬件抽象层。CMSIS 可为接口外设、实时操作系统和中间件实现一致且简单的处理器软件接口，简化了软件的重用。CMSIS 缩短了新型微控制器开发人员的学习过程，从而缩短新产品上市时间。

深入：嵌套矢量中断控制器 (NVIC)

NVIC 是 Cortex-M 处理器不可或缺的部分，它为处理器提供了卓越的中断处理能力。

Cortex-M 处理器使用一个矢量表，其中包含要为特定中断处理程序执行的函数的地址。接受中断时，处理器会从该矢量表中提取地址。

为减少门数和提高系统灵活性，Cortex-M 处理器采用基于堆栈的异常模型。一旦发生异常，Cortex-M 处理器就会将关键通用寄存器压入堆栈。完成入栈和指令提取后，将执行中断服务例程或故障处理程序，然后自动还原寄存器以使中断的程序恢复正常执行。这种方法无需编写针对基于 C 语言的传统中断服务例程而执行堆栈操作所需的汇编指令，从而大大方便了应用程序的开发。NVIC 支持多个中断的嵌套（入栈），通过设置较高优先级来允许某一中断的优先执行。

在硬件中完成对中断的响应

Cortex-M 系列处理器的中断响应是从发出中断信号到执行中断服务例程的周期数。它包括：

• 检测中断
• back-to-back 或 late arriving 的最佳处理（参见下文）
• 提取中断向量地址
• 将易损坏的寄存器入栈
• 跳转到中断处理程序

这些任务在硬件中执行，并且包含在为 Cortex-M 处理器报出的中断响应周期时间中。在其他许多架构中，这些任务必须在软件的中断处理程序中执行，从而引起延迟并使得过程十分复杂。

NVIC 中的尾链

在背对背中断的情况下，传统系统会重复完整的状态保存和还原周期两次，从而导致更高的延迟。Cortex-M 处理器通过在 NVIC 硬件中实现 tail-chaining 技术来简化正在响应的中断和等待的中断之间的切换。在与软件实现相比更少的周期内，处理器状态会在进入中断时自动保存，并在退出中断时恢复。这样就会显著提高低频系统的性能。

NVIC 对迟到的较高优先级中断的响应

如果在为上一个中断执行堆栈推送期间较高优先级的中断迟到，NVIC 会立即提取新的矢量地址来为挂起的中断提供服务，如上所示。Cortex-M NVIC 对这些可能性提供具有确定性的响应并支持迟到和抢占。

NVIC 进行的堆栈弹出抢占

同样，如果异常到达，NVIC 将放弃堆栈弹出并立即为新的中断提供服务，如上所示。通过抢占并切换到第二个中断而不完成状态还原和保存，NVIC 以具有确定性的方式实现了缩短延迟。

系统 IP

系统 IP 组件对于在芯片上构建复杂的系统至关重要，通过利用系统 IP 组件，开发人员可以显著缩短开发和验证周期，从而节省成本并缩短产品的上市时间。

工具支持

所有 ARM 处理器均受 ARM Development Studio 5 (DS-5™) 工具套件以及各种第三方工具、操作系统和 EDA 供应商的支持。ARM DS-5 软件开发工具独一无二，能够提供的解决方案充分利用完整 ARM 技术组合的优势。

微控制器开发工具详细信息可从 Keil 网站获得。

资源

本部分介绍有关 ARM Cortex-M 处理器和相关技术的有用文档、白皮书和教程。

有关包括开发工具、软件、板卡和设备数据库、CMSIS 和 mBed 在内的详细信息，请访问 ARM 嵌入式微型站点

书目

ARM Cortex-M0 权威指南 编程和实现全新 ARM Cortex-M0 处理器的综合性指南

ARM Cortex-M3 权威指南 编程和实现全新 ARM Cortex-M3 处理器的综合性指南

 

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