第1章 介紹 一、ARM Cortex‐M3處理器初探 CM3處理器內核是單片機的中央處理單元（CPU）。完整的基于CM3的MCU還需要很多其它組件。在芯片制造商得到CM3處理器內核的使用授權后，它們就可以把CM3內核用在自己的硅片設計中，添加存儲器，外設，I/O以及其它功能塊。不同廠家設計出的單片機會有不同的配置，包括存儲器容量、類型、外設等都各具特色。本書主講處理器內核本身。如果想要了解某個具體型號的處理器，還需查閱相關廠家提供的文檔。 二、ARM的各種架構版本 從ARMv7開始，內核架構首次從單一款式變成3種款式： 款式A：設計用于高性能的“開放應用平臺”——越來越接近電腦了 款式R：用于高端的嵌入式系統，尤其是那些帶有實時要求的——又要快又要實時。 款式M：用于深度嵌入的，單片機風格的系統中。 讓我們再進距離地考察這3種款式： 款式A（ARMv7‐A）：需要運行復雜應用程序的“應用處理器”。支持大型嵌入式操作系統（不一定實時——譯注），比如Symbian（諾基亞智能手機用），Linux，以及微軟的Windows CE和智能手機操作系統Windows Mobile。這些應用需要勁爆的處理性能，并且需要硬件MMU實現的完整而強大的虛擬內存機制，還基本上會配有Java支持，有時還要求一個安全程序執行環境（用于電子商務——譯注）。典型的產品包括高端手機和手持儀器，電子錢包以及金融事務處理機。 款式R（ARMv7‐R）：硬實時且高性能的處理器。標的是高端實時市場。那些高級的玩意，像高檔轎車的組件，大型發電機控制器，機器手臂控制器等，它們使用的處理器不但要很好很強大，還要極其可靠，對事件的反應也要極其敏捷。 款式M（ARMv7‐M）：認準了舊世代單片機的應用而量身定制。在這些應用中，尤其是對于實時控制系統，低成本、低功耗、極速中斷反應以及高處理效率，都是至關重要的。Cortex系列是v7架構的第一次亮相，其中Cortex‐M3就是按款式M設計的。 三、指令集的開發 由于歷史原因（從ARM7TDMI開始），ARM處理器一直支持兩種形式上相對獨立的指令集，它們分別是： 32位的ARM指令集。對應處理器狀態：ARM狀態 16位的Thumb指令集。對應處理器狀態：Thumb狀態 可見，這兩種指令集也對應了兩種處理器執行狀態。在程序的執行過程中，處理器可以動態地在兩種執行狀態之中切換。實際上， Thumb指令集在功能上是ARM指令集的一個子集，但它能帶來更高的代碼密度，給目標代碼減肥。 Thumb‐2是2003年盛夏的果實，它是Thumb的超集，它同時支持16位和32位指令。 四、Thumb-2指令集體系體系結構（ISA） 五、Cortex‐M3的舞臺 略。 六、本書組織 略。 七、深入研究用的讀物 《The Cortex‐M3 Technical Reference Manual》，深入了處理器的內心，編程模型，存儲器映射，還包括了指令時序。 《The ARMv7‐M Architecture Application Level Reference Manual》第2版，對指令集和存儲器模型都提供了最不嫌繁的說明。 其它半導體廠家提供的，基于CM3單片機的數據手冊。 如想了解更多總線協議的細節，可以去看《AMBA Specification 2.0》（第4版），它講了更多AMBA接口的內幕。 對于C程序員，可以從《ARM Application Note 179: Cortex‐M3 Embedded Software Development》（第7版）中得到一些編程技巧和提示。 第2章 Cortex-M3概覽 一、簡介 CM3 是一個 32 位處理器內核。內部的數據路徑是 32 位的，寄存器是 32 位的，存儲器接口也是32 位的。 CM3 采用哈佛結構，擁有獨立的指令總線和數據總線。但指令總線和數據總線共享同一個存儲器空間（一個統一的存儲器系統）。換句話說，不是因為有兩條總線，可尋址空間就變成8GB了。 CM3 提供一個可選的 MPU，而且在需要情況下也可以使用外部的cache。 CM3 支持大端模式和小端模式。 CM3內部還附贈了好多調試組件，用于在硬件水平上支持調試??作，如指令斷點，數據觀察點。另外，為支持更高級的調試，還有其它可選組件，包括指令跟蹤和多種類型的調試接口。 二、寄存器組 CM3 處理器擁有 R0‐R15 的寄存器組。其中 R13 作為堆棧指針 SP。SP 有兩個，但在同一時刻只能有一個可以看到，這也就是所謂的“banked”寄存器。 R0-R12：通用寄存器 R0‐R12 都是 32 位通用寄存器，用于數據操作。但是注意：絕大多數 16 位 Thumb 指令只能訪問 R0‐R7，而 32 位 Thumb‐2 指令可以訪問所有寄存器。 Banked R13：兩個堆棧指針 Cortex‐M3 擁有兩個堆棧指針，然而它們是 banked，因此任一時刻只能使用其中的一個。 主堆棧指針（MSP）：復位后缺省使用的堆棧指針，用于操作系統內核以及異常處理例程（包括中斷服務例程） 進程堆棧指針（PSP）：由用戶的應用程序代碼使用。