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科普文| STM32、Cortex-M3和ARMv8-M之间的故事

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eefishing 发布时间:2020-2-28 14:39
大家都应该知道STM32、Cortex-M3、ARMv8-M与ARM有关,但可能分不清他们是什么关系,或者具体是什么东西。
7 C" d8 o" p  F  p3 ?0 e+ y  J一、总述
/ g# ]9 v7 O( Z& [# FARMv8-M:是一款ARM架构。ARM架构分为:ARMv1、 ARMv2 ··· ARMv8。而ARMv8分为:ARMv8-A、 ARMv8-R、 ARMv8-M。
  V2 m+ ~/ F/ c+ H6 o% U
1 c2 ]3 a# H  d) _Cortex-M3:是一款ARM处理器内核,也可以理解为ARM处理器家族之中的一个成员。
ARM处理器内核分为:经典核心和Cortex核心。
传统的核心:ARM7、ARM9等。Cortex核心:Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M等。

, T" t0 N1 t1 e' o
STM32:是一款ARM内核的处理器芯片。
STM32绝大部分是Cortex-M内核,也有少部分包含Cortex-A7(比如:STM32MP)。
! q& _' ~; b0 _  j" F
如图:
- ^7 b2 ~+ M- A# j7 n
1.png
+ A! k; \; c, Z) @) }; j
其实还可以细分很多内容,除了这些,还有一些我们常见的内容,比如ARM指令集、Thumb-2指令集等。
  l! B) E0 q& t
以上是总述的内容,下面再进一步描述其中的一些细节。! M0 f. a* M! g3 p% m

% |2 K6 d7 _- K
二、架构
从1995年开始,《ARM体系结构参考手册》是ARM文档的主要来源,提供了关于ARM处理器架构和指令集,区分接口,所有的ARM处理器的支持(如指令语义)的实现细节可能会有所不同。该体系结构随着时间的演变,并与Cortex系列的核心开始,存在三个“配置”的定义如下:
"应用"配置: Cortex-A 系列
"嵌入式"配置: Cortex-R 系列
"微处理器"配置: ARM Cortex-M 系列。
; b* v" i. k1 Y- |
每个配置允许有其子集的架构。例如,用于ARMv6-M配置(所使用的Cortex M0 / M0+/ M1)的一个子集ARMv7-M架构(支持较少的指令)。

5 a9 e. {( \% `  d7 `# P* Z: g& O
三、CPU模式
在任何时刻,CPU只可处于某一种模式,但可由于外部事件(中断)或编程方式进行模式切换。
用户模式:仅非特权模式。
! p9 [8 L/ r! d$ s4 L
系统模式:仅无需例外进入的特权模式。仅以执行明确写入CPSR的模式位的指令进入。

9 l: C$ N0 L7 S3 ]; S8 D
(svc) 模式:在CPU被重置或者SWI指令被执行时进入的特权模式。
: w7 [) `* @0 i- j. ?
Abort 模式:预读取中断或数据中断异常发生时进入的特权模式。
% M/ m9 K0 L) y, [( `
未定义模式:未定义指令异常发生时进入的特权模式。
: q! k! ~# b- W/ G
干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
! ^4 O2 O/ x% C, I
快速干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
4 p. p4 P6 G# ]  ^& c# R
Hyp 模式:armv-7a为cortex-A15处理器提供硬件虚拟化引进的管理模式。

' H  F1 I* A  U) q* q: t+ V! o
四、ARM授权方式
ARM公司本身并不靠自有的设计来制造或出售CPU,而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。

8 G! r, t5 i" F9 s% K
标题中的STM32就是属于ARM公司授权Cortex-M内核给ST公司生产的一款处理器。

9 i' X% s4 E7 q# h. u3 o. \; p" R
ARM提供了多样的授权条款,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM提供了ARM内核的集成硬件叙述,包含完整的软件开发工具(编译器、debugger、SDK),以及针对内含ARM CPU硅芯片的销售权。
% y' I( q' F4 ]# @
许多半导体公司持有ARM授权:Atmel、 ST、NXP、 TI、 IBM等。

0 A; t' m1 W( }3 a) d6 B
在知识产权工业,ARM是广为人知最昂贵的CPU内核之一。单一的客户产品包含一个基本的ARM内核可能就需索取一次高达美金20万的授权费用。而若是牵涉到大量架构上修改,则费用就可能超过千万美元。
+ n5 N* L+ ]) Q) [9 X6 q
五、ARM核心时间线
早在1993年,经典的ARM7就问世了,直到现在大家看到的Cortex-A系列处理器。
2.png
& Z9 j+ I. N0 O1 H% G! z3 S
其实,在ARM7之前,都还有一些相关的处理器,感兴趣的朋友可以上网了解。

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