大家都应该了解STM32、Cortex-M3、ARMv8-M以及ARM之间的关系,但可能对它们的具体含义和关联性感到困惑。
一、总述
ARMv8-M是一种ARM架构,它是ARM架构的一个版本,前身是ARMv7-M。
ARM架构范围广泛,从ARMv1一直到ARMv8。而ARMv8又分为ARMv8-A、ARMv8-R、ARMv8-M三个不同的变种。
Cortex-M3是ARM处理器的一种内核,并且它是ARM处理器家族中的一个成员。ARM处理器内核分为经典核心和Cortex核心。经典核心包括ARM7和ARM9等,而Cortex核心则包括Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M等。
STM32是一种搭载ARM内核的处理器芯片。绝大部分的STM32芯片采用了Cortex-M内核,但也有一小部分芯片采用了Cortex-A7内核,比如STM32MP系列芯片。
如图:
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。
以上是总述的内容,下面再进一步描述其中的一些细节。
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。
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)。
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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。
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。
(svc) 模式:在CPU被重置或者SWI指令被执行时进入的特权模式。
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。
未定义模式:未定义指令异常发生时进入的特权模式。
干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
快速干预模式:处理器接受一条IRQ干预时进入的特权模式。
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。
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。
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。
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。
许多半导体公司持有ARM授权:Atmel、 ST、NXP、 TI、 IBM等。
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。
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。
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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