你总得知道你为什么要用Cortex-M

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Lee_ 发布于:周三, 03/01/2017 - 14:23 ,关键词:

来源:周立功单片机

无论您是资深嵌入式工程师,还是怀着满满好奇的嵌入式小白,总会有这样的一些疑惑:Cortx-A、R、M到底什么区别呢?M0、M0+、M3、M4又有什么差异呢?。本文就教您给他们这些亲兄弟算一笔明白账。

ARM Cortex内核系列提供非常广泛的具有可扩展性的性能选项,设计人员有机会在多种选项中选择最适合自身应用的内核,而非千篇一律的采用同一方案。不过ARM的产品线丰富,种类众多,到底该怎样选择适合自己产品的芯片类型?

Cortex系列组合大体上分为三种类别:

Cortex-M—面向各类嵌入式应用的微控制器内核

Cortex-R—面向实时应用的高性能内核

Cortex-A—面向性能密集型系统的应用处理器内核

Cortex-M:

Cortex-M系列基于ARMv7-M架构(用于Cortex-M3和Cortex-M4)构建,而较低的Cortex-M0+基于ARMv6-M架构构建。首款Cortex-M处理器于2004年发布,当一些主流MCU供应商选择这款内核,并开始生产MCU器件后,Cortex-M处理器迅速受到市场青睐。可以肯定的说,Cortex-M之于32位MCU就如同8051之于8位MCU——受到众多供应商支持的工业标准内核,各家供应商采用该内核加之自己特别的开发,在市场中提供差异化产品。

你总得知道你为什么要用Cortex-M

Cortex-M3和Cortex-M4是非常相似的内核。Cortex-M3和Cortex-M4具有相同的架构和指令集(Thumb-2)。然而,Cortex-M4增加了一系列特别针对处理DSP算法而优化的饱和运算和SIMD指令。以每0.5秒运行一次的512点FFT为例,如果分别在同类量产的Cortex-M3 MCU和Cortex-M4 MCU上运行,完成同样的工作,Cortex-M3所需功耗约是Cortex-M4所需功耗的三倍。此外,也有在Cortex-M4上实现单精度浮点单元(FPU)的选项。如果应用涉及到浮点计算,那在Cortex-M4上完成比在Cortex-M3上完成要快得多。也就是说,对于不使用Cortex-M4上DSP或FPU功能的应用而言,其性能和功耗与Cortex-M3相同。

总而言之,如果您使用DSP功能,那就选择Cortex-M4。否则,就选择Cortex-M3完成工作吧。

你总得知道你为什么要用Cortex-M

对于成本特别敏感的应用或者正在从8位迁移到32位的应用而言,Cortex-M系列的最低端产品可能是最佳选择。虽然Cortex-M0+的性能为0.95DMIPS/MHz,比Cortex-M3和Cortex-M4的性能稍稍低一些,但仍可与同系列其他高端产品兼容。Cortex-M0+采用Thumb-2指令集的子集,而且这些指令大都是16位操作数(虽然所有数据运行都是32位的),这使得它们能够很好的适应Cortex-M0+所提供的2级流水线服务。通过减少分支映射,系统就能节约一些整体功耗,而且在大多数情况下,流水线将保留接下来的四个指令。Cortex-M0+还具有专用的总线用于单周期GPIO,这意味着你能够利用位控制的GPIO实现确定接口,就像8位MCU那样,但却以32位内核的性能来处理该数据。

Cortex-R:

Cortex-R处理器针对高性能实时应用,例如硬盘控制器(或固态驱动控制器)、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备(例如蓝光播放器和媒体播放器)、以及汽车应用(例如安全气囊、制动系统和发动机管理)。Cortex-R系列在某些方面与高端微控制器(MCU)类似,但是,针对的是比通常使用标准MCU的系统还要大型的系统。

Cortex-A:

Cortex-A处理器为利用操作系统(例如Linux或者Android)的设备提供了一系列解决方案,这些设备被用于各类应用,从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等。早期的Cortex-A系列处理器(A5、A7、A8、A9、A12、A15和A17)基于ARMv7-A架构。每种内核都共享相同的功能集,例如NEON媒体处理引擎、Trustzone安全扩展、单精度和双精度浮点支持、以及对多种指令集(ARM、Thumb-2、Thumb、Jazelle和DSP)的支持。与此同时,这些处理器也具有极高的设计灵活性,能够提供所需的最佳性能和预期的功效。

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