選ARM7還是選Cortex-M3？
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1．ARM實(shí)現方法
ARM Cortex-M3是一種基于A(yíng)RM V7架構的最新ARM嵌入式內核，它采用哈佛結構，使用分離的指令和數據總線(xiàn)（ 馮諾伊曼結構下，數據和指令共用一條總線(xiàn)）。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，哈佛結構在物理上更為復雜，但是處理速度明顯加快。根據摩爾定理，復雜性并不是一件非常重要的事，而吞吐量的增加卻極具價(jià)值。
ARM公司對Cortex-M3的定位是：向專(zhuān)業(yè)嵌入式市場(chǎng)提供低成本、低功耗的芯片。在成本和功耗方面，Cortex-M3具有相當好的性能，ARM公司認為它特別適用于汽車(chē)和無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。和所有的ARM內核一樣，ARM公司將內該設計授權給各個(gè)制造商來(lái)開(kāi)發(fā)具體的芯片。迄今為止，已經(jīng)有多家芯片制造商開(kāi)始生產(chǎn)基于Cortex-M3內核的微控制器。
ARM7TDMI（包括ARM7TDMIS）系列的ARM內核也是面向同一類(lèi)市場(chǎng)的。這類(lèi)內核已經(jīng)存在了十多年之久，并推動(dòng)了ARM成為處理器內核領(lǐng)域的主導者。眾多的制造商（據ARM宣稱(chēng)，多達16家）出售基于A(yíng)RM7系列的處理器以及其他配套的系統軟件、開(kāi)發(fā)和調試工具。在許多方面，ARM7TDMI都可以稱(chēng)得上是嵌入式領(lǐng)域的實(shí)干家。
2．兩者差異
除了使用哈佛結構， Cortex-M3 還具有其他顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)：具有更小的基礎內核，價(jià)格更低，速度更快。與內核集成在一起的是一些系統外設，如中斷控制器、總線(xiàn)矩陣、調試功能模塊，而這些外設通常都是由芯片制造商增加的。 Cortex-M3 還集成了睡眠模式和可選的完整的八區域存儲器保護單元。它采用THUMB-2指令集，最大限度降低了匯編器使用率。
3．指令集
ARM7可以使用ARM和Thumb兩種指令集，而 Cortex-M3只支持最新的 Thumb-2指令集。這樣設計的優(yōu)勢在于：
• 免去 Thumb和ARM代碼的互相切換，對于早期的處理器來(lái)說(shuō)，這種狀態(tài)切換會(huì )降低性能。
• Thumb-2指令集的設計是專(zhuān)門(mén)面向C語(yǔ)言的，且包括If/Then結構（預測接下來(lái)的四條語(yǔ)句的條件執行）、硬件除法以及本地位域操作。
• Thumb-2指令集允許用戶(hù)在C代碼層面維護和修改應用程序，C代碼部分非常易于重用。
• Thumb-2指令集也包含了調用匯編代碼的功能：Luminary公司認為沒(méi)有必要使用任何匯編語(yǔ)言。
• 綜合以上這些優(yōu)勢，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)將更易于實(shí)現，上市時(shí)間也大為縮短。
4．中斷
Cortex-M3的另一個(gè)創(chuàng )新在于 嵌套向量中斷控制器 NVIC（ Nested Vector Interrupt Controller）。相對于A(yíng)RM7使用的外部中斷控制器，Cortex-M3內核中集成了中斷控制器，芯片制造廠(chǎng)商可以對其進(jìn)行配置，提供基本的32個(gè)物理中斷，具有8層優(yōu)先級，最高可達到240個(gè)物理中斷和256個(gè)中斷優(yōu)先級。此類(lèi)設計是確定的且具有低延遲性，特別適用于汽車(chē)應用。
NVIC使用的是基于堆棧的異常模型。在處理中斷時(shí)，將程序計數器，程序狀態(tài)寄存器，鏈接寄存器和通用寄存器壓入堆棧，中斷處理完成后，在恢復這些寄存器。堆棧處理是由硬件完成的，無(wú)需用匯編語(yǔ)言創(chuàng )建中斷服務(wù)程序的堆棧操作。
中斷嵌套是可以是實(shí)現的。中斷可以改為使用比之前服務(wù)程序更高的優(yōu)先級，而且可以在運行時(shí)改變優(yōu)先級狀態(tài)。使用末尾連鎖（ tail-chaining ）連續中斷技術(shù)只需消耗三個(gè)時(shí)鐘周期，相比于 32個(gè)時(shí)鐘周期的連續壓、出堆棧，大大降低了延遲，提高了性能。
如果在更高優(yōu)先級的中斷到來(lái)之前， NVIC已經(jīng)壓堆棧了，那就只需要獲取一個(gè)新的向量地址，就可以為更高優(yōu)先級的中斷服務(wù)了。同樣的，NVIC不會(huì )用出堆棧的操作來(lái)服務(wù)新的中斷。這種做法是完全確定的且具有低延遲性。
5．睡眠
Cortex-M3的電源管理方案通過(guò)NVIC支持Sleep Now, Sleep on Exit (退出最低優(yōu)先級的ISR) and SLEEPDEEP modes這三種睡眠模式。為了產(chǎn)生定期的中斷時(shí)間間隔， NVIC還集成了系統節拍計時(shí)器，這個(gè)計時(shí)器也可以作為RTOS和調度任務(wù)的心跳。這種做法與先前的ARM架構的不同之處就在于不需要外部時(shí)鐘。
6．存儲器保護單元
存儲器保護單元是一個(gè)可選組建。選用了這個(gè)選項，內存區域就可以與應用程序特定進(jìn)程按照其他進(jìn)程所定義的規則聯(lián)系在一起。例如，一些內存可以完全被其他進(jìn)程阻止，而另外一部分內存能對某些進(jìn)程表現為只讀。還可以禁止進(jìn)程進(jìn)入存儲器區域?？煽啃?，特別是實(shí)時(shí)性因此得到重大改進(jìn)。
7．調試
對 Cortex-M3 處理器系統進(jìn)行調試和追蹤是通過(guò)調試訪(fǎng)問(wèn)端口（ Debug Access Port ）來(lái)實(shí)現的。調試訪(fǎng)問(wèn)端口可以是一個(gè) 2針的串行調試端口（ Serial Wire Debug Port ）或者串行 JTAG調試端口（ Serial Wire JTAG Debug Port ）。通過(guò) Flash片、斷點(diǎn)單元、數據觀(guān)察點(diǎn)、跟蹤單元，以及可選的嵌入式跟蹤宏單元（Embedded Trace Macrocell ）和指令跟蹤宏單元（Instrumentation Trace Macrocell ）等一系列功能相結合，在內核部分就可以采用多種類(lèi)型的調試方法及監控函數。例如，可以設置斷點(diǎn)、觀(guān)察點(diǎn)、定義缺省條件或執行調試請求、監控停止操作或繼續操作。所有的這些功能在 ARM架構的產(chǎn)品中已經(jīng)實(shí)現，只是 Cortex-M3 將這些功能整合起來(lái)，方便開(kāi)發(fā)人員使用。
8．應用范圍
雖然 ARM7內核并沒(méi)有像Cortex系列那樣集成很多外設，但是大量的基于A(yíng)RM7的器件，從通用MCU，到面向應用的MCU、SOC甚至是Actel公司基于A(yíng)RM7內核的FPGA，都擁有更為眾多的外圍設備。大約有150種MCU是基于A(yíng)RM7內核的（根據不同的統計方法，這個(gè)數字可能會(huì )更高）。
你會(huì )發(fā)現 ARM7都可以實(shí)現幾乎所有的嵌入式應用，或采用定制的方式來(lái)滿(mǎn)足需求?；跇藴蕛群?，芯片廠(chǎng)商可以加入不同類(lèi)型、大小的存儲器和其他外圍設備，比如串行接口、總線(xiàn)控制器、存儲器控制器和圖形單元，并針對工業(yè)、汽車(chē)或者其他要求苛刻的領(lǐng)域，使用不同的芯片封裝，提供不同溫度范圍的芯片版本。芯片廠(chǎng)商也可能綁定特定的軟件，比如TCP/IP協(xié)議?；蛎嫦蛱囟☉玫能浖?。
例如， STMicroelectronics公司的STR7產(chǎn)品線(xiàn)有三個(gè)主要系列共45個(gè)成員，具有不同的封裝和存儲器。每一個(gè)系列都針對特定的應用領(lǐng)域，具有不同外設集合。比如STR730家族是專(zhuān)為工業(yè)和汽車(chē)應用設計的，因此具有可擴展的溫度范圍，包括多個(gè)I/O口和3個(gè)CAN總線(xiàn)接口。STR710則是面向于消費市場(chǎng)以及高端的工業(yè)應用，它具有多個(gè)通信接口，比如USB, CAN, ISO7816以及4個(gè)UART，還有大容量的存儲器和一個(gè)外部存儲器接口。
芯片廠(chǎng)商也可以選擇利于開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的措施，比如采用 ARM的 嵌入式跟蹤宏單元 ETM（ Embedded Trace Macrocell ），并提供開(kāi)發(fā)和調試工具。
截止至這篇文章寫(xiě)作之時(shí)， Luminary、STMicroelectronics這兩家公司已經(jīng)有基于Cortex-M3的芯片，其他公司如NXP、Atmel也宣布生產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品。
9．配套工具
ARM7應用已經(jīng)非常普及，它已經(jīng)有非常多第三方的開(kāi)發(fā)和調試工具支持。在A(yíng)RM的網(wǎng)站上有超過(guò)130家工具公司名稱(chēng)列表。
大多數廠(chǎng)商提供了基本的開(kāi)發(fā)板，并提供下載程序的接口、調試工具以及外部設備的驅動(dòng)，包括 LED燈的顯示狀態(tài)或者屏幕上的單行顯示。通常，開(kāi)發(fā)套件包括編譯器、一些調試軟件以及開(kāi)發(fā)板。更為高級的套件包括第三方的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），IDE中包含編譯器、鏈接器、調試器、編輯器和其他工具，也可能包括仿真硬件，比如說(shuō)JTAG仿真器。
內電路仿真器（ ICE）是最早的也是最有用的調試工具形式之一，很多廠(chǎng)商都在A(yíng)RM7上提供了這一接口。
軟件開(kāi)發(fā)工具范圍很廣：從建模到可視化設計，到編譯器?，F在很多的產(chǎn)品也用到實(shí)時(shí)操作系統（ RTOS）和中間件，以加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程、降低開(kāi)發(fā)難度。另外，還有一個(gè)非常重要的因素，很多的開(kāi)發(fā)人員對 ARM7的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗非常豐富。
雖然現在已經(jīng)有新興的 Cortex-M3 工具，但顯然還是有一定的差距。不過(guò)， Cortex-M3的集成調試性能使調試變得簡(jiǎn)單且有效，且無(wú)需用到內電路仿真器ICE。
10．決策
那么，你應該如何做出何種選擇呢？如果成本是最主要考慮因素，您應該選擇 Cortex-M3；如果在低成本的情況下尋求更好的性能和改進(jìn)功耗，您最好考慮選用Cortex-M3；特別是如果你的應用是汽車(chē)和無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，最好也采用Cortex-M3，這正是Coretex-M3的主要定位市場(chǎng)。由于 Cortex-M3內核中的多種集成元素以及采用Thumb-2指令集，其開(kāi)發(fā)和調試比ARM7TDMI要簡(jiǎn)單快捷。
然而，由于重定義 ARM7TDMI的應用不是一件困難的事，特別是在使用了RTOS的情況下。保守者可能會(huì )沿用ARM7TDMI內核的芯片，并避免使用那些會(huì )使重定義變得復雜的功能。
11．IAR YellowSuite for ARM
IAR YellowSuite for ARM是一整套支持ARM的開(kāi)發(fā)工具整體解決方案，包括：visualSTATE狀態(tài)機建模工具、IAR Embedded Workbench集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、PowerPac RTOS和中間件、仿真器等。不管選用 ARM7還是Cortex-M3，IAR的開(kāi)發(fā)工具都能支持。
visualSTATE狀態(tài)機建模工具
visualSTATE是一套精致、易用的開(kāi)發(fā)工具， 包含圖形設計器、測試工具包，代碼生成器和文檔生成器，用于設計、測試和實(shí)現基于狀態(tài)圖設計的嵌入式應用。
• 基于統一建模語(yǔ)言 (UML)狀態(tài)機理論的圖形化模型設計；
• 對設計模型進(jìn)行規范性驗證，檢查系統的邏輯一致性，鑒別出系統設計漏洞或錯誤；
• 設計過(guò)程的早期階段，甚至在硬件設計尚未完成之前，就可以使用測試工具來(lái)確保應用能按照預想方式運行；
• 自動(dòng)代碼生成功能可以生成極為緊湊的 C/C++代碼，100%與設計保持一致；
• 自動(dòng)文檔生成功能提供了詳盡的信息；
• 與 IAR Embedded Workbench 無(wú)縫集成，提供多種微控制器和評估板的現成示例代碼；
• 通過(guò) CSPYLink或RealLink對目標器件進(jìn)行綜合的圖形化狀態(tài)機調試；
• 支持多種硬件調試接口，例如 J-Link、通用JTAG仿真器、NEXUS仿真器等
IAR Embedded Workbench for ARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境
IAR Embedded Workbench for ARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（簡(jiǎn)稱(chēng)EWARM） 是一套支持 ARM所有處理器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包含項目管理器、編輯器、C/C++ 編譯器 、匯編器、連接器和調試器。
IAR Embedded Workbench for ARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持所有的ARM內核，并提供大多數芯片外設計的支持：
ARM7 (ARM7TDMI, ARM7TDMI-S, ARM720T) ARM9 (ARM9TDMI, ARM920T, ARM922T, ARM940T)
ARM9E (ARM926EJ-S, ARM946E-S, ARM966E-S) ARM10E (ARM1020E, ARM1022E), ARM11
SecurCore (SC100, SC110, SC200, SC210) CortexM3, Cortex-M1 XScale
EWARM允許對用戶(hù)選擇對代碼大小或執行速度實(shí)行多級優(yōu)化，同時(shí)還允許對項目中作不同的全局和局部?jì)?yōu)化配置，以達到速度和代碼尺寸的平衡。EWARM還支持對優(yōu)化級別的微調，以及對單個(gè)函數的特定優(yōu)化配置。高級的全局優(yōu)化與針對特定芯片優(yōu)化相結合，可以生成最為緊湊、有效的代碼。
EWARM中的C-SPY調試器免費集成了μC/OS-II等的內核識別（Kernel Awareness）插件，通過(guò)它可以在IAR調試器中顯示μC/OS-II內部數據結構窗口，從而了解每一個(gè)項目應用中運行任務(wù)的信息，每一個(gè)信號燈、互斥量、郵箱、隊列、事件標志信息，以及等待上述內核對象的所有任務(wù)列表信息。
EWARM為絕大多數ARM芯片提供了Flash Loader。當調試器啟動(dòng)時(shí)，Flash Loader同時(shí)被調用，自動(dòng)將程序下載到Flash。Flash Loader完全集成在EWARM中，燒寫(xiě)過(guò)程中無(wú)需特殊的Flash編程工具和軟件。
IAR J-Link仿真器可以直接與EWARM集成開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接，無(wú)需安裝任何驅動(dòng)程序, 操作方便、連接方便、簡(jiǎn)單易學(xué)，是學(xué)習開(kāi)發(fā)ARM最實(shí)用的開(kāi)發(fā)工具。下載速度高達800K/S，支持ARM7/9/11/Cortex-M3，并支持JTAG、SWD兩種調試接口。
IAR PowerPac RTOS和中間件家族
IAR PowerPac 家族包括 RTOS 、文件系統、 USB 、 TCP/IP 等協(xié)議棧，支持所有 ARM 內核。它與 IAR Embedded Workbench 無(wú)縫集成 ， 并有大量的代碼例程和板級支持包 （ BSP） 。 其授權方式是 按座席收取License 費， 沒(méi)有版稅 ，降低了最終用戶(hù)的風(fēng)險。用戶(hù)可以自主選擇庫形式或源代碼形式的 IAR PowerPac。
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