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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。
9 `: I+ e" e5 t4 h8 m% R一、总述
+ P- A- h2 [! o0 Y  r2 W2 j* mARMv8-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。/ V) d" d& q* p* y# u

. h8 d+ m* u6 Q! a1 N# h' eCortex-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。
+ n0 j6 t0 L! p$ `
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)。
2 z4 a0 i% G; @* d
如图:% a4 B7 O0 v1 r! g9 ~
1.png

8 @* G  Z, g5 m; m4 N/ H; C/ `- g' e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。
- H- C3 i8 V3 x- t. k
以上是总述的内容,下面再进一步描述其中的一些细节。
* _7 s3 a8 {' e$ b3 [2 @

! w- t4 y& u4 {' 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。

# O) o6 a5 Q8 \5 h
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)。
, o* G/ }! P! N; x+ T
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。

& |3 Y6 P, ~: P& r& ?
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。

. Z, H4 U* b" i+ {' S7 P
(svc) 模式:在CPU被重置或者SWI指令被执行时进入的特权模式。
) F6 k! V# x3 `" E' m- a
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。
1 D0 R! O% v9 u0 w0 M1 e
未定义模式:未定义指令异常发生时进入的特权模式。
9 f( P" \* o& S
干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
5 I( W2 ^( |" F8 \, _
快速干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
5 f: P" ?( R# l1 m/ k
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。

8 _  h' Z5 ^+ N" j) X
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。

: t6 ^! p# f/ z0 p: r# C) r$ m
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。
7 X: E6 Q3 b1 x( v) K
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。
* Z% h$ |" J5 E; Q) g! f
许多半导体公司持有ARM授权:Atmel、 ST、NXP、 TI、 IBM等。

! Q; m+ s# [6 x" R. l9 }
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。
" e+ L4 L) E; _# [1 \3 X
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
& Q0 y( X2 r, ]. h- H
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。

7 s9 J$ J6 Q1 K3 y* Z0 k+ k! |6 j$ L
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