TI竞赛培训讲座资料ARM Cortex

Cortex-M3内核TIStellarisFamily技术应用讲座，讲座的主要内容：1)ARM及其体系结构的概要2)Cortex-M3体系结构3)TIStellarisfamily介绍4 )本公司的Cortex-M3评价1.1Cortex-M3相关公司架构ARM公司的概要ARM微处理器及其发展、ARM公司的概要、ARM(AdvancedRISCMachines )是公司名称，也可以认为是一种微处理器的通称，也可以认为是技术名称。 PS公司于1991年成立于英国剑桥，主要销售芯片设计技术许可证。 目前，采用了ARM技术知识产权(IP )核心的微处理器(所谓的ARM微处理器)正在产业控制、消费类电子产品、通信系统、无线系统等各种产品市场上蔓延。 基于ARM技术的微处理器占32位RISC处理器的75%以上的市场份额。 PS技术正在渗透到我们生活的各个方面。 ARM微处理器及其发展，ARM微处理器的几个系列： ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、英特尔XScale系列、Cortex ARM体系结构的发展： (1)V1V3版本(2)V4T版本(3)V5版本(4)V6版本(5)V7版。 PS公司为新的PS V7体系结构定义了三个分工明确的系列。 “a”系列面向最先进的基于虚拟内存的操作系统和用户应用程序；“r”系列面向实时系统；“m”系列面向微控制器和低成本的应用程序系统、1.2Cortex-M3内核体系结构、Cortex-M3介绍Cortex-M3内核结构和优势luminary micro Cortex-M3介绍、ARM于2005年发布cortex-m 3内核，当年ARM 成立公司，该公司最初设计、生产、销售基于Cortex-M3内核的ARM芯片Stellaris系列ARM。 Cortex-M3内核是ARM公司的Cortex内核系列中的微控制器系列(m )内核，或其他两个系列分别是应用程序处理器系列(a )和实时控制处理系列(r ) Cortex-M3介绍，Cortex-M3内核主要应用于低成本、小管脚数和低功耗情况，具有极高的运算能力和非常强的中断响应能力。 Cortex-M3处理器执行单纯的Thumb2指令，使32位高性能ARM核心能够实现8位和16位代码存储密度。 ARMCortex-M3处理器使用最小门数的ARMCPU，核心门数只有33K，包含必要的外围设备后的门数也只有60K，因此封装更小型、低成本。 Cortex-M3采用arm v7Harvard体系结构，具有带分支预测的3级管线，中断延迟最大为12个时钟周期，末尾链的情况下6个时钟周期即可。 同时实现了1.25DMIPS/MHZ的性能和0.19mW/MHZ的功耗。 Cortex-M3中央内核基于哈佛体系结构，指令和数据分别使用总线(右图)。 与Cortex-M3不同，ARM7系列处理器使用电话噪音人(VonNeumann )体系结构，通过指令和数据共享信号总线和内存。 因为指令和数据可以同时从内存中读取，所以Cortex-M3处理器可以并行执行多个操作，提高应用程序的执行速度。Cortex-M3内核介绍1 :哈佛体系结构、内核管线分为三个阶段：取手指、解码和执行。 如果遇到分支指令，解密阶段还包括预测的指令读取，从而提高执行速度。 处理器在解码阶段自己提取分支目的地指令。 在此后的执行中，在处理分支命令之后，知道下一次要执行的命令。 如果分支不跳，则随时可以使用以下命令。 分支跳转时，在跳转的同时，分支命令就变得可用，空闲时间被限制为一个周期。Cortex-M3内核介绍2 :分支预测管线，Cortex-M3处理器是一种内存映射系统，在为最高4GB的可寻址存储空间提供简单固定的内存映射的同时，这些空间也是代码(代码另外，还有面向制造商的特别区域。 bit-banding技术允许Cortex-M3处理器通过简单的系统直接访问数据的各个位。 内存映射由两个区域组成：一个大小为1MB的位带区域，另一个大小为32MB的别名区域映射。 在“别名”区域中，地址的加载/存储操作直接转换为该地址别名的位操作。 对别名区域的某个地址进行写入，使其最低位比特有效时，位带位为1，使最低位比特无效时，位带位为0。 读取别名的地址直接返回适当的位带位的值。 此外，这个操作是原子位操作，其他总线活动不能中断。 Cortex-M3内存映射：位带技术、传统的位处理方法与Cortex-M3位带的比较：基于传统的ARM7处理器的系统只能访问对准的数据，而且是对准的功率Cortex-M3处理器采用非对齐数据访问方案，使得非对齐数据能够通过单核访问传输。 如果使用非对齐传输，这些传输会转换为多个对齐传输，但是程序员看不到此过程。 请参照下表的对比。 “传统的位处理方法与Cortex-M3bit-banding的比较”、嵌套向量中断控制器(NVIC ) :末尾链接技术，NVIC是Cortex-M3处理器的完整部分，最多可支持240个外部中断，每个外部中断支持优先等级的中断源和脉冲中断源。 进入中断时，处理器的状态会自动保存到硬盘上，NVIC还支持使用尾链技术Cortex-M3处理器可以重复定位的向量表。 该表包含要执行的函数的地址，可以使用具体的中断处理器。 接收到中断后，处理器通过指令总线接口从标度表取得地址。 如果向量表复位，则指定零，编程控制寄存器能够重新配置向量表。 嵌套向量中断控制器(NVIC ) :可以通过硬件处理堆栈操作。 Cortex-M3处理器不需要为了用传统的c语言中断服务程序完成堆栈处理而创建的汇编程序包，从而使应用程序的开发更加简单。 Cortex-M3处理器使用tail-chaining技术简化了激活和未解决的中断之间的移动。 末尾连锁技术，将时间为30个时钟的连续堆栈的弹出和按下操作，替换为6个循环的指令提取，实现了延迟的降低。 处理器的状态在进入中断时自动保存，在中断结束时自动恢复，比软件运行时少，频率为100MHz的子系统的性能大幅提高。 PS公司在Cortex-M3内核中内置了新的Thumb-2指令集。 新的Thumb-2内核技术保持紧凑的代码质量，并保持与现有ARM方案的代码兼容性，以提高性能和能效。 Thumb-2是一组新的混合指令集，集成了16位和32位指令，以实现密度和性能的最佳平衡。 您可以节省很多高集成系统级设计的总体存储成本，而不会折衷性能。 Cortex-M3支持的Thumb-2指令(参见PDF资料)的目标：查看已装配的代码，查看相关的指令集，然后阅读代码的意图/作用。 Cortex-M3支持的Thumb-2指令：Thumb和ARM代码不需要相互切换，这种状态切换会降低传统处理器的性能。 Thumb-2指令集的设计专用于c语言，其中包括If/Then结构(预测以下四个语句的条件执行)、硬件除法和此地位域的操作。使用Thumb-2指令集，用户可以在c代码级维护和修改应用程序，并且c代码段非常容易重用。 Thumb-2指令集还包含调用汇编代码的功能。 Luminary认为没有必要使用汇编语言。 Thumb-2指令的优点，Cortex-M3处理器的集成调试功能可以在不使用ICE组件的情况下快速验证。 可以从JTAG端口或双脚串行调试端口观察系统。 此外，它还支持一些开发工具。 其中一个解决方案是Cortex-M3的另一个优点：如果选择ARM处理器、ARM7和Cortex-M3，该选择什么？ 如果成本是最重要的考虑因素，就要选择Cortex-M3。如果成本低，要求更好的性能和功耗，就要考虑选择Cortex-M3。特别是如果你的应用程序是汽车和无线电领域，就要考虑Cortex-M3。 这是Coretex-M3的主要定位市场。 与ARM7TDMI相比，Cortex-M3内核中的多个集成元素和Thumb-2指令集更容易开发和调试。 TI的Stellaris系列微控制器目前包含160多种可以向世界上市的MCU，包括售价在1美元以下的MCU。 这个价格一般只能用8位MCU达成。 决策：LuminaryMicro (流明之瑞)公司设计、销售和销售基于ARMCortex-M3的微控制器(MCU )。 作为arm Cortex-M3技术的主要合作伙伴，LuminaryMicro首次向业界推出了cortex-m3处理器芯片，以8/16位的成本获得了32位的性能。 LuminaryMicro的Stellaris (群星)系列微控制器包括以50MHz频率运行的ARMCortex-M3MCU内核、内置闪存和SRAM、低压降调节器、集成的断电复位和通电包含SSI、GPIO、看门狗和通用计时器、UART、I2C、运动控制PWM和正交编码器(检测旋转运动系统的位置和速度)输入。 提供的外围设备通过直接引脚，没有功能多路复用，这一丰富的功能配套非常适合大楼和家庭自动化、工厂自动化和控制、控制电源设备、步进电机、刷和无刷直流电机、交流感应电机等应用。 据luminrymicro、1.3TIStellarisfamily报道，09年TI收购了luminrymicro，Luminary首次成立了ARMCortexM3内核处理公司。 TI收购前luminary生产的StellarisM3已经在业界闻名。 Stellaris3的特点： 1、通用框架2、简单的开发过程3、丰富的模拟外围设备和通信接口4、丰富的设计资源5、廉价、TI的stellaris系列微控制器现在可以在160多种全球发货这个价格一般只能用8位MCU达成。 但是，StellarisMCU内部有ARMCortex-M3处理器。 价格为$1.00，拥有丰富的32位指令集的MCU，合算到不知道高级数学就能理解。 TIStellaris系列的优势，售价$1.00的32位MCU确实是便宜的质量！ 最高50MHz的单周期闪存！ 有些竞争对手的ARM7和Cortex-M3核心速度很快，而Flash并不是以单周期访问，有些竞争对手的Flash以单周期访问，但核心的最大速度有限。 TIStellaris系列的优势，luminrymicro产品已经得到业界的认可，获得了丰富的周边资源和卓越的性价比，luminrymicro产品在质量和功能方面获得了很多客户的认可，在TI获得了广泛的市场。 TIStellaris系列的优势，顾客对TIStellaris的选择： (1)国内某著名的电视工厂根据Luminary产品的性价比优势，选择LM3S101作为音频解码。 (2)某照明音像器材厂发挥了Luminary单片机在电机控制中的优势，采用了LM3S310的12路PWM控制6路电机。 (3)国内一家著名的工业以太网设备制造商采用Luminary单片机设计了以太网CAN、232和485，性能优异，电路简单可靠，是一种单片机解决方案。TIStellarisFamily系列目前TIStellaris主要不包含四个系列160种1 .板级通信接口的standstorm(LM3S811)2.can和互联网接口(lm3s6952 3 .包含USB接口的DustDevil(LM3S3749)4.接口完整的Tempest(LM3S9B92)TI杯电子竞赛采用LM3S811作为电子竞赛芯片，因此达盛科技为TI配备LM3S811 是吗？ TI制的LM3S811竞赛开发板，LM3S811开发板，1 .供电部：本板可以通过usb供电，可以模拟供电。 也可以从外部供给电力。 可以切换电源输入开关的2 .模拟部分：本卡附带usb模拟电路，不需要外部访问。 模拟器可以进行外部模拟。 3 .管脚复用：通过管脚功能进行管脚分类，分类模块之间存在复用的例子： portB插座上的PB0和PWM插座上的PWM2物理短路，是同一信号。 4 .双向UART:的一个连接到引脚，另一个连接到FT2232的空UART模块。 5.JTAG防抱死按钮。时间序列掌握(使用时像单片机对外围接口电路进行编程) GPIO引脚控制、Cortex-M3学习掌握什么，实践(开发板PDF文件实验程序)方法关注中心问题：掌握I/O (数据在(需要重读)编程中使用API (应用程序编程接口)函数的LM3S系列单片机采用了结构简单、性能卓越的ARMCortex-M3处理器核心。 Luminary公式免费提供基于c语言(符合ANSIC标准)的驱动程序库包，并公开源代码，使用户可以完全排除难以理解的汇编语言，无需了解基础寄存器的操作细节。 使连接在PA3管脚上的LED灯点亮，一方采用寄存器方式，另一方利用驱动器库，这两个例程实现同样的功能