第1讲 ARM Cortex-M3概述与TI芯片选型

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,ARM Cortex-M3,概述与,TI,芯片选型,北京精仪达盛科技有限公司,陈 佳,首先设置好自己机器的,IP,地址：,共享机器,IP,地址：,192.168.1.70,（,直接地址栏中输入：,192.168.1.70,）,本讲主要内容：,(1) ARM,公司与其体系结构概述,(2) Cortex-M3,体系结构与,Stellari,s,系列简介,(3),选择,ARM,处理器，何时选择,Cortex-M3,(4),几款,Cortex-M3,产品展示,1.1 ARM,公司与其体系结构概述,ARM,公司概述,ARM,产品特点,ARM,微处理器及其发展,ARM,公司概述,ARM,（,A,dvanced,R,ISC,M,achines,）既是一个公司的名字，也是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。,ARM,公司,1991,年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用,ARM,技术,知识产权（,IP,）核,的微处理器（即我们通常所说的,ARM,微处理器），已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、无线系统等各类产品市场。基于,ARM,技术的微处理器，其应用占据了,32,位,RISC,处理器,75%,以上的市场份额。,ARM,技术正在逐步渗透到我们生活的各个方面。,将一些在数字电路中常用但比较复杂的功能块（如,FIR,滤波器、,SDRAM,控制器、,PCI,接口等）设计成可修改参数的模块，让其他用户可以直接调用这些模块，这样就大大减轻了工程师的负担，避免重复劳动。,ARM,公司是,专门从事基于,RISC,技术芯片设计开发的公司,。,世界各大半导体生产商从,ARM,公司购买其设计的,ARM,微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的,ARM,微处理器芯片进入市场。,目前， 全世界有几十家大的半导体公司都使用,ARM,公司的授权，因此既使得,ARM,技术获得了,更多的第三方工具、制造、软件的支持,。又使得整个系统,成本降低,，产品更容易进入市场被消费者接受，更具竞争力。到目前为止，,ARM,处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域。,ARM,技术的实际产品展示一：,（消费类电子）,ARM,技术的实际产品展示二,：（,汽车控制系统,),马达,控制器,车灯,汽车控制系统解析,尾灯控制系统,后车门控制系统,前车门控制系统,座椅控制系统,发动器控制系统,ARM,产品特点,采用,RISC,架构的,ARM,微处理器一般具有如下,特点,：,体积小、功耗低、成本低、性能高；,支持,Thumb,（,16,位）,/ARM,（,32,位）双指令集，能很好地兼容,8,位,/16,位器件；,大量使用寄存器，指令执行速度更快；,大多数数据操作都在寄存器中完成；,寻址方式灵活简单，执行效率高；,指令长度固定。,ARM,微处理器及其发展,ARM,微处理器的几个系列：,ARM7,系列、,ARM9,系列、,ARM9E,系列、,ARM10E,系列、,ARM11,系列、,SecurCore,系列、,Intel,的,XScale,系列、,Cortex,系列。,ARM,体系结构的发展：,（,1,）,V1V3,版本；,（,2,）,V4T,版本；,（,3,）,V5,版本；,（,4,）,V6,版本；,（,5,）,V7,版本。,ARM,公司为新的,ARM V7,架构定义了三大分工明确的系列：,“,A”,系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；,“,R”,系列针对实时系统；,“,M”,系列针对微控制器和低成本应用系统。,1.2,Cortex-M3体系结构与Stellaris系列,简介,Cortex-M3,简介,Cortex-M3,内核结构与优势,Luminary,Micro,的,Stellaris系列,Cortex-M3 MCU,简介,Cortex-M3,学习中把握什么,ARM,公司于,2005,年推出了,Cortex-M3,内核，就在当年,ARM,公司与其他投资商合伙成立了,Luminary,（流明诺瑞）,公司，由该公司率先设计、生产与销售基于,Cortex-M3,内核的,ARM,芯片,Stellaris,（群星）系列,ARM,。,Cortex-M3,内核是,ARM,公司整个,Cortex,内核系列中的,微控制器系列（,M,）内核,，还是其它两个系列分别是应用处理器系列（,A,）与实时控制处理系列（,R,），这三个系列又分别简称为,A,、,R,、,M,系列，当然这三个系列的内核分别有各自不同的应用场合。,Cortex-M3简介,Cortex-M3,内核主要是,应用于低成本、小管脚数和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力,。,Cortex-M3,处理器采用纯,Thumb2,指令的执行方式，使得这个具有,32,位高性能的,ARM,内核能够实现,8,位和,16,位的,代码存储密度,。,ARM Cortex-M3,处理器是使用最少门数的,ARM CPU,，核心门数只有,33K,，在包含了必要的外设之后的门数也只有,60K,，使得,封装更为小型,。,Cortex-M3,采用了,ARM V7,哈佛架构，具有带分支预测的,3,级流水线，中断延迟最大只有,12,个时钟周期，在末尾连锁的时候只需要,6,个时钟周期。同时具有,1.25,DMIPS/MHZ,的性能和,0.19,mW/MHZ,的功耗。,基于,ARMv7,架构的,Cortex-M3,处理器带有一个分级结构。它集成了名为,CM3Core,的中心处理器内核和先进的系统外设，,实现了内置的中断控制、存储器保护以及系统的调试和跟踪功能,。这些外设可进行高度配置，允许,Cortex-M3,处理器处理大范围的应用并更贴近系统的需求。目前,Cortex-M3,内核和集成部件（右图中所示）已进行了专门的设计，用于,实现最小存储容量、减少管脚数目和降低功耗,。,Cortex-M3,内核,结构与优势,Cortex-M3,中央内核基于,哈佛架构,，指令和数据各使用一条总线（右图中所示）。与,Cortex-M3,不同，,ARM7,系列处理器使用冯,诺依曼（,Von Neumann,）架构，指令和数据共用信号总线以及存储器。由于指令和数据可以从存储器中同时读取，所以,Cortex-M3,处理器对多个操作并行执行，加快了应用程序的执行速度。,Cortex-M3,内核包含一个适用于传统,Thumb,和新型,Thumb-2,指令的译码器、一个支持硬件乘法和硬件除法的先进,ALU,、控制逻辑和用于连接处理器其他部件的接口。,Cortex-M3,内核,：,Cortex-M3,存储器中的,bit-banding,技术,：,见,下面的表中对比：,“,传统的位处理方法和,Cortex-M3 bit-banding 的比较,”,嵌套向量中断控制器（NVIC）,：,Cortex-M3,处理器使用,末尾连锁（,tail-chaining,）技术,简化了激活的和未决的中断之间的移动。末尾连锁技术把需要用时,30,个时钟周期才能完成的连续的堆栈弹出和压入操作替换为,6,个周期就能完成的指令取指，实现了延迟的降低。处理器状态在进入中断时自动保存，在中断退出时自动恢复，比软件执行用时更少，大大提高了频率为,100MHz,的子系统的性能。,Cortex-M3,处理器的集成调试功能可以实现快速验证，而无需使用,ICE,元件,。系统可以通过,JTAG,端口直接进行调试和程序的下载。,此外，支持多种开发工具：,其中一种解决方案如下：,Cortex-M3,另,一大优势：,Luminary Micro(,流明诺瑞,),公司,设计、经销、出售,基于,ARM Cortex -M3,的微控制器,(MCU),。作为,ARM,的,Cortex-M3,技术的主要合伙人，,Luminary Micro,已经向业界推出了首颗,Cortex-M3,处理器的芯片，用,8/16,位的成本获得了,32,位的性能。,Luminary Micro,的,Stellaris(,群星,),系列微控制器包含运行在,50MHz,频率,下的,ARM Cortex-M3 MCU,内核、嵌入,Flash,和,SRAM,、一个低压降的稳压器、集成的掉电复位和上电复位功能、模拟比较器、,10,位,ADC,、,SSI,、,GPIO,、看门狗和通用定时器、,UART,、,I C,、运动控制,PWM,以及正交编码器输入。提供的外设直接通向管脚，没有功能复用，这个丰富的功能集非常适合,楼宇和家庭自动化、工厂自动化和控制、工控电源设备、步进电机、有刷和无刷,DC,马达、和,AC,感应电动机等应用,。,Luminary Micro的Stellari,s,系列Cortex-M3 MCU简介,09,年,TI,收购,Luminary Micro,，,Luminary,是,首家,做,ARM Cortex-M3,内核处理器的公司。在,TI,收购之前，,Luminary,公司生产的,Stellaris Cortex-M3,内核芯片已经在业界享有盛誉。,Stellaris Cortex-M3,特点：,1,、通用的架构；,2,、简易的开发流程；,3,、丰富的模拟外设和通信接口；,4,、丰富的设计资源；（外设驱动库、,SCH&PCB,库、示例代码、,）,5,、低廉的价格。,StellarisWare,软件是,TI,公司配合,Cortex-M3,开发而推出的系列软件。,采用基于,StellarisWare,软件的微处理器开发，不仅能够,简化开发,，而且可以,加速开发进程,。最新版本的,StellarisWare,整合了,Stellaris,外设驱动,库,、,Stellaris,图形库、,StellarisUSB,库、,Stellaris,示,例代码,、以及,Stellaris,boot-loader,等。,Learn More:,http:/, Red,、,CCS,以及通用,GNU,开发工具编译。,TI,的Stellaris系列微控制器如今包含了1,6,0,多,种,（根据项目需求灵活选型）,可以向全球供货的MCU，包括售价低至1美元的MCU。这个价格一般只有8bit MCU才能达到。但Stellaris MCU内部拥有一个ARM CortexM3处理器。一个售价为$1.00而具有32bit的丰富指令集的MCU实在是太合算了,不用懂什么高深的数学就能明白。,TI,Stellaris,系列,现状,：,一个售价,$1.00,的,32bit,MCU,的确是价廉物美！,Stellaris:,Four,Generations,of ARM Cortex-M3,1st Generation of Stellaris =,Sandstorm Class,LM3S100 Series, LM3S300 Series, LM3S600 Series, LM3S800 Series,First ARM Cortex-M3 microcontrollers available anywhere,Feature sets start at $1,Up to 50MHz operation, Single-cycle memory up to 64K flash / 8K SRAM,Meticulous motion-control IP integration,2nd Generation of Stellaris =,Fury Class,LM3S1000 Series, LM3S2000 Series, LM3S6000 Series, and LM3S8000 Series,Extending Sandstorm Class with integrated Ethernet MAC+PHY and CAN,Increasing single-cycle memory up to 256K flash / 64K SRAM,Further optimized for battery-backed applications,Added peripherals, such as additional UART, I2C, SSI, and QEI,3rd Generation of Stellaris =,Dust Devil Class,Improving Stellaris offering with integration of USB OTG, Host, and Device options,Added DMA, improved GPIO drive strength, and additional PWM outputs,Additional fault protection inputs for advanced motion control,Bootloader,and,DriverLib,in preloaded in ROM,Providing new small package options (64 pin LQFP),4th Generation of Stellaris =,Tempest Class,Higher performance with lower operating power (80 MHz and 100 MHz, 1.2v internal supplies),Powerful external interface for high-speed chip-to-chip interconnect,Enhanced subsystems including dual ADCs, extended in-ROM software, precision oscillator, and I2S interface,Expanded networking and connectivity with Ethernet, CAN and USB options and combinations,Stellaris Roadmap,2006,2007,2008,2009,2010,2011,Tempest class,Higher performance,Low power,ETH+CAN+USB OTG,External bus capability,I2S,Precision OSC,Blizzard class,Small form factor,Low pin count,Expanded serial connectivity,Sandstorm,64K flash,8K SRAM,Motion control,1MSPS ADC,Fury class,256K flash,64K SRAM,Motion control,ETH MAC+PHY,CAN 2.0,Ethernet+CAN,Dust Devil class,128K flash,64K SRAM,Motion control enhancements,USB 2.0 O/H/D,32ch DMA,Whiteout class,Small form factor,Low pin count,Brainstorm class,Cortex-M4 core with single precision,fp,Advanced analog,1024KB Flash,Firestorm class,Advanced analog,512KB Flash,Luminary Micro的,产品已经得到了业界的认可，丰富的外设资源和卓越的性价比，使,Luminary Micro,的产品在品质和功能上都受到了广大客户的赞同，为,TI,赢得了广阔的市场。,TI,Stellari,s,系列,市场,的认可：, 客户对,TI,Stellari,s,的选择：,（,1,）国内某著名专业的电视机厂根据,Luminary,产品的,性价比的优势,选择了,LM3S101,用作音频解码。,（,2,）某灯光音像器材厂发挥了,Luminary,单片机,在马达控制中的优势,，采用,LM3S310,的,12,路,PWM,控制,6,路电机。,（,3,）国内某知名工业以太网设备厂家，采用,Luminary,单片机进行以太网转,CAN,、,232,和,485,的设计，性能卓越，电路简单可靠，,单芯片,解决方案。,单周期,Flash,存储,，速度高达,50MHz!,一些竞争对手的,ARM7,和,Cortex-M3,有更快的内核速度，但他们的,Flash,并不是单周期存取；,一些竞争对手,Flash,是单周期存取,但是其内核的最大速度是有限的。,Stellari,s,系列,优势：,免费获取的应用资源,:,外设驱动库文件；,图表数据库文件；,USB,库文件；,（点击图片即可链接至网页）,Stellari,s,系列,优势：,Luminary Micro的,产品已经得到了业界的认可，丰富的外设资源和卓越的性价比，使,Luminary Micro,的产品在品质和功能上都受到了广大客户的赞同，为,Luminary,赢得了广阔的市场。,Stellari,s,系列,市场的广泛应用和认可：, 客户对,Luminary,的选择：,（,1,）国内某著名专业的电视机厂根据,Luminary,产品的,性价比的优势,选择了,LM3S101,用作音频解码。,（,2,）某灯光音像器材厂发挥了,Luminary,单片机,在马达控制中的优势,，采用,LM3S310,的,12,路,PWM,控制,6,路电机。,（,3,）国内某知名工业以太网设备厂家，采用,Luminary,单片机进行以太网转,CAN,、,232,和,485,的设计，性能卓越，电路简单可靠，,单芯片,解决方案。,GPIO,引脚控制,把握,（使用时如同单片机对外围接口电路编程一样）,时序,Cortex-M3,学习中把握什么,实践（开发板,+PDF,文档,+,实验程序）,方法,关注中心问题：学好,I/O,（数据必须通过这些引脚传送出去，读回来）,编程中使用,API,（应用程序编程接口）函数,发展趋势：,机器码,ASM,C,（,API,），企业的需要！,LM3S,系列单片机采用的是结构简单、性能出众的,ARM Cortex-M3,处理器内核。由于,Luminary,官方,免费公开,地提供了基于,C,语言,(,符合,ANSI C,标准,),的,驱动库软件包,，并且源代码是公开的，因此用户完全可以摒弃晦涩难懂的汇编语言，也不需要掌握底层寄存器的操作细节，就能轻松玩转,LM3S,系列的单片机。,下面,两个例程,完成同样的功能：,点亮接在,PA3,管脚的,LED,指示灯，一个采用,寄存器方式,，另一个则,利用驱动库,。我们可以看出，利用驱动库开发应用程序不仅编写起来简单快速，而且代码简洁、可读性性强。对编写大型程序而言，采用驱动库更能够增强可靠性和安全性，同时显著降低维护成本。,只要懂,C,语言就会开发,ARM,：,1.3,选择,ARM,处理器,，何时选择,Cortex-M3,相对基准性能,相对基准代码大小,那么，你应该如何做出何种选择呢？,如果,成本,是最主要考虑因素，您应该选择,Cortex-M3,；如果在低成本的情况下寻求更好的,性能和改进功耗,，您最好考虑选用,Cortex-M3,；特别是如果你的应用是,汽车和无线领域,，最好也采用,Cortex-M3,，这正是,Coretex-M3,的主要定位市场。,由于,Cortex-M3,内核中的多种集成元素以及采,Thumb-2,指令集，其开发和调试比,ARM7TDMI,要简单快捷。,Luminary Micro,的,Stellaris,系列微控制器如今包含了,160,多种,（根据项目需求灵活选型）,可以向全球供货的,MCU,，包括售价低至,1,美元的,MCU,。这个价格一般只有,8bit MCU,才能达到。,决策：,1.4,几款Cortex-M3产品展示,Stellaris,系列,EXP Cortex-M3,板卡,TI,的,Cortex-M3,内核芯片选型,EXP系列,Stellaris Cortex-M3板卡,EXP-LM3S615,样板,EXP-LM3S615,：,支持最大主频为,50 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,32 KByte FLASH,8 KByte SRAM,，,LQFP-48,封装。集成正交编码器、,2,路,10,位,ADC,、,带死区,PWM,、模拟比较器、,2,路,UART,、,SSI,、,3,个通用定时器，,I2C,、,CCP,等外设。,主要用于步进电机的控制,。,EXP-LM3S811,样板,支持最大主频为,50 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,64 KByte FLASH,8 KByte SRAM,，,LQFP-48,封装。集成正交编码器、,4,路,10,位,ADC,、,带死区,PWM,、模拟比较器、,2,路,UART,、,SSI,、,3,个通用定时器，,I2C,、,CCP,等外设。,主要用于步进电机的控制,。,EXP-LM3S811,：,EXP-LM3S2948,：,支持最大主频为,50 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,256 KByte FLASH,64 KByte SRAM,，,LQFP-100,封装。,集成,2,路,CAN,控制器,、睡眠模块、正交编码器、,8,路,10,位,ADC,、模拟比较器、,3,路,UART,、,2,路,SSI,、,4,个通用定时器，,I2C,、,CCP,等外设。,主要用于,CAN,总线传输,。,EXP-LM3S2948,样板,EXP-LM3S3749,：,支持最大主频为,50 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,128 KByte FLASH,64 KByte SRAM,，,LQFP-100,封装。集成,USB HOST/DEVICE/OTG,、睡眠模块、正交编码器、,8,路,10,位,ADC,、带死区,PWM,、模拟比较器、,3,路,UART,、,2,路,SSI,、,4,个通用定时器，,2,路,I2C,、,CCP,、,DMA,控制器等外设。,主要用于,USB,控制,。,EXP-LM3S3749,样板,EXP-LM3S6952,：,支持最大主频为,50 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,256 KByte FLASH,64 KByte SRAM,，,LQFP-100,封装。,集成,100MHz,以太网,、睡眠模块、正交编码器、,3,路,10,位,ADC,、带死区,PWM,、模拟比较器、,3,路,UART,、,SSI,、通用定时器，,I2C,、,CCP,等外设。,主要用于网络传输,。,EXP-LM3S6952,样板,EXP-LM3S9B90,：,支持最大主频为,80 MHz,的,ARM Cortex-M3,内核，,256 KByte FLASH,96 KByte SRAM,，,LQFP-100,封装。集成,100MHz,以太网,、,CAN,控制器,、,USB OTG,、,外部总线,EPI,、,ROM,片上,StellarisWare,软件,、睡眠模块、正交编码器、,ADC,、带死区,PWM,、模拟比较器、,UART,、,SSI,、通用定时器、,I2S,、,I2C,、,CCP,、高精度振荡器、,DMA,等外设。,TI的Cortex-M3内核芯片选型,群星系列产品概览：,LM3S xxx,LM3S1xxx,Non-CAN, Non-Ethernet ,Non-USB,LM3S2xxx CAN,LM3S3xxx USB,LM3S5xxxCAN + USB,LM3S6xxxEthernet,LM3S8xxxEthernet + CAN,LM3S9xxxEthernet + CAN + USB,群星系列产品概览：,Part number,Flash sizeSRAM size,LM3Sx1xx 16K SRAM,LM3Sx2xx 32K SRAM,LM3Sx3xx 16K SRAM,LM3Sx4xx 32K SRAM,LM3Sx5xx 64K SRAM,LM3Sx6xx 32K SRAM,LM3Sx7xx 64K SRAM,LM3Sx8xx 32K SRAM,LM3Sx9xx 64K SRAM,LM3SxBxx 96K SRAM,LM3SxDxx 96K SRAM,M3,选型工具：, End!,谢谢！,