1、第一章 Cortex-M3 处理器简介,引言,2006 年 ARM 公司推出了基于 ARMv7 架构的 Cortex 系列的标准体系结构，以满足各种技术的不同性能要求，包含 A、R、M 三个分工明确的系列： A 系列：面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统； R 系列：适合实时系统； M 系列：专门针对低成本的微控制领域。,1.1 Cortex-M3 处理器特点1.2 Cortex-M3 处理器基本结构1.3 STM32 系列处理器,1.1 Cortex-M3 处理器特点,基于哈佛架构的 3 级流水线内核 Thumb-2 指令集 嵌套矢量中断控制器（NVIC） 存储器保护单元（M
2、PU） ARM CoreSight 调试跟踪体系结构,1.2 Cortex-M3 处理器基本结构,处理器核Cortex-M3 NVIC Bus Matrix FPB（Flash Patch and Breakpoint） DWT ITM MPU ETM TPIU SW/SWJ-DP,Cortex-M3核的主要特点,使用 Thumb-2 指令集，集 Thumb 指令集和 ARM 指令集优点于一体； 采用 Harvard 结构，同时存取指令和数据；三段流水线； 可在单周期内完成 32 位乘法；硬件除法； 有 Thumb 和 Debug 两种操作状态； 有 Handler 和 Thread 两种操作
3、模式； 快速进入和退出中断服务程序； 可中断连续 LDM/STM、PUSH/POP 指令； 支持 ARMv6 类型的 BE8/LE； 支持 ARMv6 非对齐访问。,嵌套矢量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller，NVIC）特点,外部中断数量可配置为从 1 到 240 个； 用来表示优先权等级的位数可配置为从 3 到 8； 支持电平触发和脉冲触发中断； 中断优先级可动态重置； 支持优先权分组； 支持尾链技术； 进入和退出中断无需指令，中断进入时可自动保存处理器状态，退出时可自动恢复处理器状态；,Bus Matrix,Bus matrix 有如下外部
4、总线接口： Icode 总线：从代码空间预取指令及向量； DCode 总线：从代码空间存取数据或进行调试访问； System 总线：从系统空间预取指令及向量、存取数据或 进行调试访问； PPB总线：用于从系统空间存取数据或进行调试访问，Bus matrix 负责实现以下控制： 非对齐访问； 位操作：控制由位段别名到位段区域的转换访问； 写缓冲。,FPB（Flash Patch and Breakpoint）,FPB 有 8 个比较器，用来实现从代码空间到系统空间的转换访问和硬件断点：6 个可独立配置的指令比较器，用于转换从代码空间到系统空间的指令预取，或执行硬件断点；2 个常量比较器用于转换从
5、代码空间到系统空间的常量访问。,数据观测与跟踪单元（Data Watchpoint and Trace、DWT）,DWT 有 4 个比较器可配置为硬件断点、ETM 触发器、PC 采样事件触发器或数据地址采样触发器；DWT 有几个计数器或数据匹配事件触发器用于性能剖析；DWT 可配置用于在定义的时间间隔发出 PC 采样信息，而且可发出中断事件信息。,测量跟踪宏单元（Instrumentation Trace Macrocell，ITM）,软件跟踪：软件可直接写 ITM 单元内部的激励寄存器，使之向外发送相关信息包；硬件跟踪：DWT 产生信息包，由ITM 向外发送；时间戳：ITM 可产生与所发送信
6、息包相关的时间戳包，并向外发送。,存储器保护单元（Memory Protection Unit，MPU）,MPU 提供以下支持： 存储保护；保护区域重叠； 访问允许控制；向系统传递存储器属性。通过以上支持，MPU 可： 实现存储管理优先规则； 分离存储过程； 实现存储访问规则。,嵌入式跟踪宏单元（Embedded Trace Macrocell，ETM）,TPIU 单元是ITM 单元、ETM 单元与片外跟踪分析器之间传递跟踪数据的桥梁。TPIU 单元兼容CoreSight 调试体系结构。,SW/SWJ-DP,对于此调试接口，外部调试口有两种可能的实现方法：串行 JTAG 调试接口SWJ-DP：
7、SWJ-DP 是一个结合JTAG-DP 和 SW-DP的标准CoreSight 调试口；SW-DP 调试口：该调试口通过两个引脚（clock + data）实现与处理器内部AHB-AP 的接口。,1.3 STM32 系列处理器,1.3.1 STM32 处理器的分类 1.3.2 STM32F10x 处理器的内部结构 1.3.3 STM32 系列MCU 的优点 1.3.4 STM32 处理器开发工具,1.3.1 STM32 处理器的分类,STM32F1 系列处理器目前分为 5 个子系列 STM32F100 - 24 MHz CPU with motor control STM32F101 是标准型
8、系列，工作在 36MHz； up to 1 Mbyte Flash STM32F102 - 48 MHz CPU with USB FS STM32F103 是增强型系列，工作在 72MHz，带有更多片内RAM 和更丰富的外设。up to 1 Mbyte Flash with motor control, USB and CAN STM32F105/107 - 72 MHz CPU with Ethernet MAC, CAN and USB 2.0 OTG,Cortex-M3结构简图,1.3.2 STM32F10x 处理器的内部结构,基本型与增强型配置的差异,1.3.3 STM32 系列MC
9、U 的优点,先进的内核结构：STM32 系列使用了 ARM 最新的、先进架构的 Cortex-M3 内核。优秀的功耗控制：STM32 处理器具有三种低功耗模式和灵活的时钟控制机制，用户可以根据自己所需的耗电/性能要求进行合理的优化。,1.3.3 STM32 系列MCU 的优点,性能出众而且功能创新的片上外设：STM32 处理器片上外围的优势来源于双APB 总线结构，其中有一个高速 APB（速度可达CPU 的运行频率），连接到该总线上的外设能以更高的速度运行。针对 MCU 应用中最常见的电机控制，STM32 对片上外围设备进行一些功能创新。高度的集成整合：STM32 处理器最大程度地实现集成，尽可能地减少对外部器件的要求。易于开发，可使产品快速进入市场。,1.3.4 STM32 处理器开发工具,
