Cortex-M0 处理器

• NVIC 中的 Tail chaining
  
  
  Back to back 中断时序图
  
  在 Back to back 中断的情况下，传统系统会重复完整的状态保存和还原周期两次，从而导致更高的延迟。Cortex-M 处理器通过在 NVIC 硬件中实现 Tail chaining 技术来简化活动的中断和挂起的中断之间的切换。处理器状态会在进入中断时自动保存，并在退出中断时恢复。由于与软件实现相比周期数减少，因而可显著提高低频系统的性能。
  
  NVIC 对迟到的较高优先级中断的响应
  
  
  迟到中断到达时间图
  
  如果在为上一个中断执行堆栈推送期间较高优先级的中断迟到，NVIC 会立即提取新的矢量地址来为挂起的中断提供服务，如上所示。Cortex-M NVIC 对这些可能性提供具有确定性的响应并支持迟到和抢占。
  
  NVIC 进行的堆栈弹出抢占
  
  
  抢占时间图
  
  同样，如果异常到达，NVIC 将放弃堆栈弹出并立即为新的中断提供服务，如上所示。通过抢占并切换到第二个中断而不完成状态还原和保存，NVIC 以具有确定性的方式实现了缩短延迟。
  
  从 8/16 位迁移到 ARM Cortex-M
  
  ARM Cortex-M 代码大小优势说明
  
  ARM Cortex-M 处理器提供优于 8 位和 16 位架构的代码密度。这在减少对内存的需求和最大限度地提高宝贵的芯片上闪存的使用率方面具有很大的优势。我们将在本部分中分析此优势的原因。
  
  指令宽度
  
  很多人认为 8 位微控制器使用 8 位指令，而基于 ARM Cortex-M 处理器的微控制器使用 32 位指令，其实这是一种误解。事实上，举例来说，PIC18 和 PIC16 指令大小分别是 16 位和 14 位。对于 8051 架构，虽然某些指令的长度为 1 字节，但许多其他指令的长度为 2 字节或 3 字节。16 位架构也是如此，其中某些指令可能占用 6 字节或更多内存。
  
  ARM Cortex-M 处理器采用可提供极佳代码密度的 ARM Thumb®-2 技术。通过 Thumb-2 技术，Cortex-M 处理器支持基本 16 位 Thumb 指令，这些指令经过扩展，可包括进更强大的 32 位指令。在很多情况下，C 编译器将使用 16 位版本的指令，除非使用 32 位版本可以更有效地执行运算。
  
  指令效率
  
  由于没有同时考虑到 ARM Cortex-M 处理器指令更为强大，此图片是不完整的。在许多情况下，单个 Thumb 指令可相当于数个 8/16 位微控制器指令；这意味着 Cortex-M 设备的代码量更少，因此可以更低的总线速度完成同一任务。
  
  在各处理器架构之间比较 16 位乘法运算
  
  

8 位示例		16 位示例	ARM Cortex-M
MOV A, XL；2 字节 MOV B, YL；3 字节 MUL AB；1 字节 MOV R0, A；1 字节 MOV R1, B；3 字节 MOV A, XL；2 字节 MOV B, YH；3 字节 MUL AB；1 字节 ADD A, R1；1 字节 MOV R1, A；1 字节 MOV A, B；2 字节 ADDC A, #0；2 字节 MOV R2, A；1 字节 MOV A, XH；2 字节 MOV B, YL；3 字节	MUL AB；1 字节 ADD A, R1；1 字节 MOV R1, A；1 字节 MOV A, B；2 字节 ADDC A, R2；1 字节 MOV R2, A；1 字节 MOV A, XH；2 字节 MOV B, YH；3 字节 MUL AB；1 字节 ADD A, R2；1 字节 MOV R2, A；1 字节 MOV A, B；2 字节 ADDC A, #0；2 字节 MOV R3, A；1 字节	MOV R4,&0130h MOV R5,&0138h MOV SumLo,R6 MOV SumHi,R7 （操作数被移入或移出内存映射的硬件乘法单元）	MULS r0,r1,r0

注意：Cortex-M 乘法实际上执行 32 位乘法，此处我们假设 r0 和 r1 包含 16 位数据。

压缩的数据占用空间

请务必注意，Cortex-M 处理器支持 8 位和 16 位数据传输，可高效利用数据内存。这意味着程序员可以继续使用他们在面向 8/16 位的软件中使用的相同数据类型。

能效优势

对不断增加连接（例如，USB、蓝牙和 IEEE 802.15）、具有复杂模拟传感器（例如，加速计和触摸屏）且成本日益降低的产品的需求，已导致需要将模拟设备与数字功能更紧密地集成，以对数据进行预处理和传输。大多数 8 位设备在不显著增加 MHz（并因此不显著增加功率）的情况下不提供支持这些任务的性能，因此嵌入式开发人员需要寻找具有更高级处理器技术的替代设备。16 位设备以前曾被用来解决微控制器应用中的能效问题。但是，16 位设备相对不高的性能意味着它们通常需要较长的活动工作周期或较高的时钟频率才能完成 32 位设备所完成的相同任务。

使软件开发更加容易

基于 ARM Cortex 处理器的微控制器的软件开发可能比 8 位微控制器产品的开发容易得多。 Cortex 处理器不但是完全可通过 C 语言进行编程的，而且还附带各种高级调试功能以帮助定位软件中的问题。 除 MCU 开发工具包中包括的所有附加资源外，Internet 上还有大量示例和教程，其中许多来自基于 ARM 处理器的 MCU 供应商的网站。

来源：ARM公司