詳解ARM Cortex-M33處理器：性能/功耗/安全的最佳平衡

　　基于ARM Cortex處理器的片上系統(SoC)解決方案適用于多種嵌入式設計細分市場(chǎng)，如物聯(lián)網(wǎng)、電機控制、醫療、汽車(chē)、家電自動(dòng)化等。我們的處理器品種豐富且基于同一個(gè)標準架構，針對不同的產(chǎn)品市場(chǎng)提供廣泛而豐富的性能與成本組合。

　　Cortex系列處理器主要基于3大產(chǎn)品類(lèi)型量身開(kāi)發(fā)，A系列：運行復雜系統的精細高端應用;R系列：高性能硬實(shí)時(shí)系統;M系列：低功耗、確定性、成本敏感的微控制器，專(zhuān)門(mén)優(yōu)化以滿(mǎn)足其需求。

　　最先采用ARMv8-M架構的2款處理器為Cortex-M23和Cortex-M33。本文主要介紹Cortex-M33， Cortex-M33是首款采用TrustZone? 安全技術(shù)和數字信號處理技術(shù)的ARMv8-M全功能實(shí)現處理器。該處理器可以支持大量靈活的配置選項，并在廣泛應用中進(jìn)行部署，此外還提供專(zhuān)用的協(xié)同處理器界面以支持經(jīng)常需要加速和大量運算的運作。Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全與生產(chǎn)力之間達到最佳平衡的處理器。

　　為了顯著(zhù)降低系統功耗，Cortex-M33處理器采用有序三階管線(xiàn)技術(shù)。大部分指令在頭兩個(gè)階段就能完成，而復雜的指令則需要3個(gè)階段。此外，某些16位指令將采用雙發(fā)射機制，以增強性能。處理器內核有兩個(gè)AMBA? 5 AHB5界面：C-AHB和S-AHB，完全對稱(chēng)，指令和數據提取性能不分伯仲。

　　Cortex-M33的配置高度靈活，可以滿(mǎn)足廣泛的系統要求

　　在MPU、DSP、FPU、TrustZone、ETM、MTB、ITM、BPU、DWT和協(xié)同處理器界面功能中選擇最佳組合方案，設計師即可迅速打造強大系統。在最低限度的控制系統中，NVIC可以被設定成只容納一個(gè)外部中斷;而在周邊設備豐富的系統中，NVIC能夠設定成可容納至多480個(gè)外部中斷，包含至多256個(gè)優(yōu)先級。

　　而對于那些依賴(lài)大量主動(dòng)流程和線(xiàn)程以保持可靠運行的系統，設計師還可以增加MPU，用特權和非特權接入控制來(lái)強行隔離處理進(jìn)程。如需更高級別的代碼、數據和資源保護， TrustZone則是設計師的不二之選。

　　應用復雜度越來(lái)越高，片上調試和追蹤技術(shù)的價(jià)值也日益凸顯，對保障產(chǎn)品按期交付至關(guān)重要。Cortex-M33處理器的內置調試功能可以加速軟件驗證。設計師可以用JTAG端口或雙插針串行調試端口來(lái)驗證系統，還可以選擇ETM或MTB進(jìn)行出色的指令追蹤，而B(niǎo)PU和DWT則可以允許在調試中使用斷點(diǎn)和硬件觀(guān)測點(diǎn)。

　　·MPU存儲保護單元

　　·DSP數字信號處理

　　·FPU 浮點(diǎn)單元

　　·SP 單精度

　　·ETM 嵌入式跟蹤宏單元

　　·MTB 微追蹤緩沖器

　　·BPU 斷點(diǎn)單元

　　·DWT 數據觀(guān)測與追蹤單元

　　·ITM 儀器追蹤宏單元

　　·NVIC 嵌套向量中斷控制器

　　·WIC 喚醒中斷控制器

　　·AHB 先進(jìn)高性能總線(xiàn)

　　·AMBA 先進(jìn)微控制器總線(xiàn)架構

　　現在，讓我們探討一下Cortex-M33的五大特色：

　　1、為ARMv8-M 量身優(yōu)化的TrustZone技術(shù)為整個(gè)系統的安全保駕護航

　　采用TrustZone技術(shù)的Cortex-M33處理器擁有兩個(gè)安全狀態(tài)及多種相關(guān)特色：

　　兩種全新的正交狀態(tài)

　　·安全狀態(tài)

　　·非安全狀態(tài)

　　·4個(gè)堆棧和4個(gè)堆棧指示寄存器

　　·硬件堆棧極限檢查

　　·支持安全屬性單元(SAU)的可編程MPU

　　·用于發(fā)出系統安全指示的界面

　　·被預先設定的接入點(diǎn)限制的非安全(NS)領(lǐng)域中可以看見(jiàn)安全代碼

　　·其它硬件轉向非安全領(lǐng)域時(shí)可以自動(dòng)保存并清除安全寄存器的狀態(tài)

　　·大量堆積中斷或異?？刂?，SysTick

　　·安全和非安全側都配備存儲保護單元

　　安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)的全面利用，必將開(kāi)啟眾多新機遇和新應用的大門(mén)。該系統使用的高價(jià)值專(zhuān)利固件可以在安全狀態(tài)下運行。在安全狀態(tài)下設置的監管員代碼則可以在系統受到攻擊或不可靠運行后將其恢復初始;而非安全側則像以前一樣向正在用Cortex-M開(kāi)發(fā)軟件的數百萬(wàn)開(kāi)發(fā)者開(kāi)放。