Cortex M3的整體風景

2021-08-11 10:03:27 字數 3611 閱讀 9620



一、流水線

1、cortex-cm3處理器使用乙個3級流水線,流水線的3級分別是:取指,解碼和執行:

2、當執行的指令大多數是16位時,處理器會每隔乙個週期做一次取指。當執行到跳轉指令時需要清洗流水線,處理器會不得不跳轉目的地重新取指。為了改善這種情

況,cortex-cm3支援一定數量的v7m指令可以避免很多短程跳轉。

3、由於流水線的存在,以及出於對thumb**相容的考慮,讀取pc會返回當前指令位址+4的值。

4、在處理器核心的預取單元中也有乙個指令緩衝區,它允許後續的指令在執行前現在裡面排隊,也能在執行未對齊的32位指令時,避免流水線斷流。

二、詳細框圖

1、cortex-cm3處理器裡面除了處理核心外,還有其他好多元件,以用於系統管理和除錯支援:

1)、mpui和etm是可選元件,不一定會包含在每乙個cortex-cm3的mcu中。

2)、方框圖中的縮寫及定義

2、cortex-cm3處理器是以乙個處理器子系統呈現的,其cpu核心本身與nvic和一系列除錯塊都緊密耦合:

1)、cm3core:cortex-cm3處理器的**處理核心。

2)、巢狀向量中斷控制器nvic:nvic是乙個在cortex-cm3中內建的中斷控制器。

3)、systick定時器:系統滴答定時器是乙個非常基本的到時器定時器,用於在每隔一定的時間產生乙個中斷,即使是系統在睡眠模式下也能工作。

4)、儲存器保護單元:mpu是乙個選配的單元,有些cortex-cm3可能沒有配置此元件。如果有,則它可以把儲存器分成一些regions,並分別給予保護。

5)、busmatrix:busmatrix是cortex-cm3內部匯流排系統的核心。

7)、圖框中其他的元件都用於除錯,通常不會再應用程式中使用它們。

3、其他除錯元件

1)、sw-dp/swj-dp:序列線除錯埠(sw-dp)/串列埠線jtag除錯埠(swj-dp)都與ahb訪問埠(ahb-pb)協同工作,以使外部偵錯程式可以發起ahb上的資料傳

送,從而執行除錯活動。

2)、ahb-ap:ahb訪問埠通過少量的暫存器,提供了對全部cortex-cm3儲存器的訪問機能。

3)、嵌入式跟蹤單元etm:etm用於實現實時指令跟蹤,但它是乙個選配件,所以不是所有的cortex-cm3產品都具有實時指令跟蹤能力。

4)、資料觀察點及跟蹤單元:通過dwt,可以設定資料觀察點。

5)、指令跟蹤單元itm:軟體可以通過該模組直接把訊息送給tpiu;還可以讓dwt匹配命中事件通過itm產生資料跟蹤包,並把它輸出到乙個資料跟蹤流中。

6)、跟蹤埠的介面單元tpiu:tpiu用於跟外部的跟蹤硬體互動。

8)、rom表:只是乙個簡單的查詢表,提供了儲存器對映資訊,這些資訊包括多種系統裝置和除錯元件。

三、cortex-cm3的匯流排介面

1、i-code匯流排

1)、i-code匯流排是一條基於ahb-lite匯流排的32位匯流排,負責在0x0000_0000-0x1fff_ffff之間取指操作。

2)、取指以字的長度執行,即使是對於16位指令也是如此.因此cpu核心可以一次取出兩條16位指令。

2、d-code匯流排

1)、d-code匯流排是一條基於ahb-lite匯流排的32位匯流排,負責在0x0000_0000-0x1fff_ffff之間取指操作。

2)、鏈結到d-code匯流排上的任何裝置都只需支援ahb-lite的對齊訪問,不需要支援非對齊訪問。

3、系統匯流排

1)、系統匯流排是一條基於ahb-lite匯流排的32位匯流排,負責在0x2000_0000-0xdfff-ffff和0xe010_0000-0xffff_ffff之間的所有資料傳送。取指和資料訪問都有。

2)、所有的資料傳輸都是對齊的。

4、外部私有外設匯流排

1)、基於apbzing匯流排協議的32位匯流排。此匯流排負責0xe004_0000-0xe00f_ffff之間的私有外設訪問。

2)、但是apb的一部分空間已經被tpiu、etm以及rom錶用掉了,就只留下0xe004_2000-0xe00f_f000這個區間用於附加的(私有)外設。

5、除錯訪問埠匯流排

1)、除錯訪問埠匯流排介面是一條基於」增強型apb規格「的32位匯流排,它專用於掛接除錯介面。

四、cortex-cm3的其他介面

1、除了匯流排介面之外,cortex-cm3還有幾個用於其它目的的介面,這些介面的訊號都不大可能會引出到引腳上,而只用於連線soc不同的部分,或者乾脆就沒有使用。

2、雜項介面訊號

五、外部私有外設匯流排

1、cortex-cm3處理器有乙個外部私有外設匯流排(ppb)介面。外部ppb介面是基於高階外設匯流排(apb)協議構造的。用於非共享的系統裝置。

2、為了支援coresight裝置,該介面又包含了稱為「paddr31」的訊號,給出傳送的發源地:

1)、若該訊號為0,則表示是執行在cortex-cm3內部的軟體產生的傳送操作。

2)、若為1,則表示是除錯軟體產生了傳送操作。

3、外部私有外設匯流排是專用的,不服務於普通的外設,這惡鬼規矩只能靠晶元設計者自覺遵守。

4、外部ppb不支援非對齊訪問。

六、典型的連線方式

1、匯流排介面與其他裝置和儲存器的典型連線

2、**儲存區既可以被指令匯流排(i-code)訪問,也可以被資料匯流排(d-code)訪問,此時需要在中間插入乙個匯流排開關,稱為匯流排矩陣或者使用乙個ahb匯流排復用器。

1)、如果使用了匯流排矩陣,則快閃儲存器和附加的sram可以被both i-code和d-code訪問。

2)、當資料訪問和指令訪問同時嘗試訪問同乙個區域時,可以賦予資料訪問更高的優先順序以提高效能。

3)、通過ahb匯流排矩陣把取指和資料訪問分開後,如果指令匯流排和資料匯流排在同一時刻訪問不同的儲存器裝置,則兩者可以並行不勃。但是若只使用了匯流排復用器則資料傳

送就不能同時發生。

3、有些引腳比較多的介面會帶外部匯流排介面(emi)。在此情況下,需要乙個外部儲存器控制器。其他的ahb裝置則可以簡單的鏈結到系統匯流排上,而不需要額外的匯流排矩

陣。七、復位訊號

1、cortex-cm3中各種復位訊號

2、典型的cortex-cm3晶元內部復位訊號和其作用範圍示意圖

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